氧化铋/钒酸铋/锰锌铁氧体复合光催化剂的制备及性能表征

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水体污染所引发的疾病传播、水资源缺乏、生态环境破坏等都严重影响着人们的生命安全,因此解决水体污染是环境安全的首要任务。光催化技术由于具备能量消耗低、性能佳、无危害等特性,在治理水污染问题方面具有极佳的应用远景。Bi2O3是一种新型性能优良的光催化剂,不足的是易发生电子-空穴对的复合以及使用后不能回收再利用;BiVO4是一种可降解水中有机物的光催化剂,但其吸附性差、光生电子与空穴极易复合、回收利用率低;MnxZn1-xFe2O4具有饱和磁化强度高、磁性损耗低和矫顽力低等优点。因此,本论文以水热法制备的MnxZn1-xFe2O4为磁性基体,敏化β-Bi2O3和BiVO4制备复合磁性光催化剂,改善其光催化效果并便于回收,并通过结构和性能的表征分析了MnxZn1-xFe2O4强化β-Bi2O3和BiVO4光催化活性的机理。用水热法制备了锰锌铁氧体,再通过水热-共沉淀-焙烧的新方法制备出了不同比例的β-Bi2O3/MnxZn1-xFe2O4复合磁性光催化材料,使用XRD、XPS、BET、SEM等对其结构和性能进行了分析测试,当MnxZn1-xFe2O4与β-Bi2O3的质量比为10%时,复合物的饱和磁化强度为9.22 emu/g,0.1g的复合物对50mL浓度为10mg/L的RhB催化降解率为96.81%,磁介质平均回收率为89.7%,比表面积为17.87m2?g-1。β-Bi2O3/MnxZn1-xFe2O4的制备方法为包覆法,即在锰锌铁氧体外层负载β-Bi2O3,改善粒子间的团聚现象,且磁力源的加入很好地修饰了β-Bi2O3,使β-Bi2O3/MnxZn1-xFe2O4的光催化活性得到提高。采用分步共沉淀-焙烧法制备了复合光催化剂β-Bi2O3/BiVO4。测试表明,复合物中β-Bi2O3与BiVO4之间形成了在p-n型异质结,阻止了β-Bi2O3与BiVO4单一物质中的电子-空穴对的复合,增强了可见光的响应范围,提高了复合物的光催化效果。当β-Bi2O3:BiVO4的质量比为1:1时在模拟太阳光的照射下,130min可完全降解RhB溶液。β-Bi2O3/BiVO4的BET比表面积为16.45 m2?g-1,大于单一的β-Bi2O3或BiVO4的比表面积。按照β-Bi2O3和BiVO4的质量比为1:1,β-Bi2O3/MnxZn1-xFe2O4质量比为10%,水热-共沉淀-焙烧法制备得到了三元复合磁性光催化剂β-Bi2O3/BiVO4/MnxZn1-xFe2O4。β-Bi2O3与BiVO4之间形成的p-n型异质结提升了光催化活性,将其负载到磁力源锰锌铁氧体上,既不会破坏β-Bi2O3与BiVO4之间的p-n结,又对β-Bi2O3/BiVO4起到了修饰作用,从而提高光催化活性的同时增强了磁响应能力。对其微观形貌、结构和光催化降解效果进行了分析表征。Uv-vis显示出β-Bi2O3/BiVO4/MnxZn1-xFe2O4的光吸收能力更强;β-Bi2O3/BiVO4/MnxZn1-xFe2O4饱和磁化强度为2.67 emu/g,足以保证复合物在磁场作用下进行回收;在模拟太阳光照射下,β-Bi2O3/BiVO4/MnxZn1-xFe2O4对RhB的降解率为92.8%,三次回收样的降解率仍达84.9%,表明制备的三相复合物具有较优良的光催化降解效果和可回收再利用性能。
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