近年來,環(huán)境污染尤其是水環(huán)境污染日益加劇,廢水的成分復雜、毒性強而且可降解性差,因此開發(fā)出能夠降解各種有機污染物的光催化材料已經是改善人類生存和生活的關鍵所在。與傳統(tǒng)的技術相比,光催化技術擁有降解效率高、無危害、不易造成二次污染、能耗低和使用范圍廣等特點。與傳統(tǒng)的TiO_2光催化材料相比,釩酸鉍憑借優(yōu)異的化學性質、物理性質、良好的穩(wěn)定性和合適的禁帶寬度,而得到廣泛的研究。由于純相的釩酸鉍依舊受到降解選擇性差、光催化活性低等因素的限制,本文通過控制形貌和微觀結構、摻雜、復合半導體材料等方法,來提高釩酸鉍材料的光催化活性。具體內容如下:⑴以Bi(NO_3)_3·5H_2O和NH_4VO_3為主要原料,油胺和油酸為表面活性劑,采用水熱法在pH=4.2時制備出了具有血細胞狀結構的釩酸鉍光催化材料。利用XRD、TEM和SEM等儀器對樣品進行測試和表征,釩酸鉍的帶隙寬度約為2.4 eV。血細胞狀釩酸鉍顆粒產率達到90%。為了研究反應條件對BiVO_4形貌形成的影響,通過改變實驗參數進行了一系列相關實驗,發(fā)現溶液的pH值在控制BiVO_4形貌中起關鍵作用。在pH=2.2時,得到了立方塊狀釩酸鉍;在pH=5.7時,得到了球形顆粒狀釩酸鉍。此外,用10 mg/L的羅丹明B和亞甲基藍為目標降解物,研究了樣品在紫外可見光下的光催化性能。140分鐘后,血細胞狀結構的樣品降解效率最高。最后,在反復光催化實驗中,催化活性和回收率基本保持在較高水平。⑵為了提高單斜晶相BiVO_4的光催化活性,采用一步水熱法制備摻雜Er的BiVO_4和摻雜Nd的BiVO_4,并通過XRD,SEM和紫外-可見光譜對樣品進行分析表征。結果表明:隨著摻雜量的增加,XRD譜圖中摻雜稀土離子后樣品的(110)晶面的衍射峰向著高角度移動,表明晶胞變小。樣品的形貌也變得不均勻。光催化實驗中,在500 W氙燈下光反應140 min后,摻雜比為2%的樣品降解效率最高,說明摻雜量會影響催化劑的光催化活性。4次光降解循環(huán)后,催化活性和回收率下降到一定程度,但仍保持較高的催化活性。⑶通過原位生長的方法合成了具有高度可見光驅動光催化活性的石墨相C_3N_4(mg-C_3N_4)覆蓋的BiVO_4血細胞樣顆粒。所制備的復合光催化劑在可見光下降解有機染料羅丹明B(RhB)的表現出優(yōu)異的降解性能,BiVO_4/mg-C_3N_4中BiVO_4重量比為10%的混合體系結構具有最高的光催化活性,已經證明BiVO_4/mg-C_3N_4的降解能力顯著增強,源于光誘導電子在g-C_3N_4和血細胞狀BiVO_4的界面上的高遷移效率。
【學位單位】：江蘇理工學院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ135.32;O643.36
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 光催化材料介紹
        1.2.1 光催化材料的發(fā)展歷程
        1.2.2 光催化劑降解活性的影響因素
        1.2.3 光催化劑的應用
    1.3 光催化反應原理
    1.4 釩酸鉍光催化材料介紹
        1.4.1 釩酸鉍的制備
        1.4.2 釩酸鉍的改性方法
        1.4.3 釩酸鉍的回收
    1.5 本文的研究意義及主要內容
        1.5.1 研究意義
        1.5.2 主要內容
第二章 多種形貌釩酸鉍材料的水熱合成及光催化性能的研究
    2.1 引言
    2.2 實驗部分
        2.2.1 試劑
        2.2.2 儀器
        2.2.3 實驗過程
        2.2.4 樣品的表征
        2.2.5 光催化實驗
    2.3 結果與討論
        2.3.1 探索實驗結果
        2.3.2 XRD分析
        2.3.3 SEM分析
        2.3.4 TEM分析
        2.3.5 紫外-可見吸收光譜分析
        2.3.6 調節(jié)pH合成出其他形貌的釩酸鉍材料
        2.3.7 催化劑對羅丹明B降解率的研究
        2.3.8 催化劑對亞甲基藍降解率的研究
        2.3.9 光催化機理分析
        2.3.10 催化劑的重復使用活性及回收率
    2.4 本章小結
第三章 稀土離子摻雜釩酸鉍材料的合成及光催化性能的研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 試劑
        3.2.2 實驗過程
    3.3 結果與討論
        3.3.1 XRD分析
        3.3.2 SEM分析
        3.3.3 紫外-可見吸收光譜分析
        3.3.4 光催化性能分析
        3.3.5 光催化機理分析
        3.3.6 催化劑的重復使用活性及回收率
    3.4 本章小結
第四章 釩酸鉍/氮化碳復合材料的合成及光催化性能的研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 試劑
        4.2.2 實驗過程
    4.3 結果與討論
        4.3.1 XRD分析
        4.3.2 SEM分析
        4.3.3 TEM分析
        4.3.4 紅外分析
        4.3.5 光催化性能分析
        4.3.6 光催化機理分析
        4.3.7 催化劑的重復使用活性及回收率
    4.4 本章小結
第五章 結論
參考文獻
攻讀學位期間研究成果
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2879430