铋基光催化材料的改性及其光催化性能研究

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1、西安建筑科技大学硕士学位论文铋基光催化材料的改性及其光催化性能研究专业：环境工程硕士生：娄起指导老师：董社英教授摘要实现高效、直接地将太阳能向其它能源如化学能的转变，被认为是解决未来环境和能源问题的最有潜力的策略。以可持续化学为原则的光催化技术，可以利用不竭的和清洁的太阳能，在实现这项转变上为我们提供了一条有前途的道路。最近，人们对一系列具有可见光活性的铋基光催化剂给予了极大关注。由于Bi的6s2轨道和O的2p轨道的杂化，价带上移可能会造成价带的散度增加，这将有利于光生电子-空穴对的分离和转移，许多包含Bi3+离子的化合物被发现其具有狭窄的带隙，展现出较高的可见光光催化活性。另外，Bi5+的

2、6s空轨道也使包含Bi5+离子的化合物具有较高的光催化活性。因此，关于铋基化合物和复合材料的合成、表征和光催化性能等方面引起了许多研究者的研究兴趣，铋基光催化材料已经成为一个可见光光催化剂的重要家族。本文基于铋基光催化剂的制备改性，主要研究了以下三部分内容：（1）通过水热法合成了BiOBr和离子液体辅助的BiOBr(IonicLiquidAssistedBiOBr，IL-BiOBr)光催化材料，借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射光谱(UV-visDRS)等手段对其微观形貌、晶相和光吸收性质进行了表征。采用吸附动力学和吸附热力学模拟探究该材料对孔雀石绿分子(M

3、alachiteGreen，MG)的吸附行为，结果表明，BiOBr和IL-BiOBr对MG的吸附符合Langmuir吸附模型和准一级动力学模型。光催化实验结果表明，加入离子液体合成的IL-BiOBr材料对MG的光降解效果比BiOBr明显增强。进一步探讨了不同光催化条件对IL-BiOBr降解MG的影响，在催化剂投加量为1.5g/L，MG浓度为15mg/L，pH=7的最佳条件下，光照60min后IL-BiOBr对MG的降解率达到93.9%，表现出良好的催化活性，循环实验表明材料具有良好的稳定性。（2）以三聚氰胺为原料通过高温煅烧得到类石墨相氮化碳(GraphiticcarbonNitride，g

4、-C3N4)，采用水热法制备了不同复合比例的Bi2Se3/g-C3N4复合材料，采西安建筑科技大学硕士学位论文用XRD、SEM和FT-IR等手段对材料进行晶相、形貌、结构表征。光催化实验表明，不同复合比例的Bi2Se3/g-C3N4光催化剂对罗丹明B(RhodamineB，RhB)的降解效果均优于单独的g-C3N4和Bi2Se3材料。当复合材料Bi2Se3/g-C3N4中Bi2Se3的含量为20.6%(m/m)，催化剂投加量为3g/L，RhB的浓度为20mg/L，偏酸性的条件下，光照100min后RhB的降解率达到92.3%。该材料还可应用于其他三种染料废水(MG，甲基橙和亚甲基蓝)的降解，

5、取得了良好的效果。（3）以超声-水热法合成了WS2量子点(WS2QuantumDots，WS2QDs)，以水热法合成了Bi2WO6，并通过湿法浸渍合成了不同WS2QDs含量的WS2QDs/Bi2WO6的复合光催化剂，将该材料应用于苯酚的光催化降解，结果表明，WS2QDs的引入大幅增强了Bi2WO6的光催化性能。在催化剂投加量为2g/L，苯酚浓度为10mg/L，偏酸性的条件下，光照90min后苯酚的降解率达到93%以上。关键词：铋基光催化材料；改性；光催化降解；染料废水西安建筑科技大学硕士学位论文StudyonModificationofBi-basedPhotocatalystsandThe

6、irPhotocatalyticPerformanceSpecialty:EnvironmentalEngineeringName:LouQiInstructor:DongSheyingABSTRACTTheefficientandcost-effectivedirectconversionofsolarenergytootherenergyssuchaschemicalenergyhasbeenconsideredasoneofthemostperspectivestrategiestosolvetheenvironmentandenergyproblemsinthefuture.Phot

7、ocatalysis,inwhichtheinexhaustiblyabundantandcleansolarenergycanbeharnessedasviabletechnologies,offersusapromisingavenuewiththetenetofsustainablechemistrytowardsolarenergyconversion.Recently,aseriesofBi-bas