含碳复合光催化剂及其光催化降解性质研究

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环境问题是人们对工业发展的负面影响没有及时控制而引起的世界性重要难题。环境质量的下降会严重的影响人类和生态系统的正常活动。因此人类急需要研究一种高效环保材料来缓解和预防这种由于工业发展引起的环境问题。众所周知,半导体光催化技术是通过太阳能照射半导体所产生的光生载流子把污染物氧化还原为对环境没有污染的二氧化碳和水。许多碳纳米材料本身具有超强吸附、稳定性、耐腐蚀以及很难发生化学反应等优点。本文围绕含碳材料复合Ag3PO4以及卤氧化铋系列复合后的光催化剂模拟降解工业污水的性能进行了以下研究。通过简单的沉淀法制备了含碳材料的复合光催化剂CS/Ag3PO4,采用X射线衍射仪(XRD),X射线光电子能谱(XPS),透射电子显微镜(TEM),紫外-可见分光光度仪(UV-Vis),扫描电子显微镜(SEM)等对上述合成的含碳材料的光催化剂的表面构成和光学性能等进行了表征。以具有偶氮染料结构的甲基橙(MO)作为目标染料,对Ag3PO4和CS/Ag3PO4的光催化活性进行了分析与评价,并探究了不同含量的碳材料对CS/Ag3PO4复合光催化剂催化降解模拟污水效率的影响。研究可知,在制备复合催化剂的过程中将CS的含量控制在5 mg/L时,才能制备出降解活性最优的复合催化剂CS/Ag3PO4。CS/Ag3PO4复合光催化剂在降解染料过程中的可能机理是CS把Ag3PO4导带上的光生电子储存起来,这样避免了光生电子与光生空穴的重合,从而使CS/Ag3PO4的光催化活性能够有效的提高。在降解MO染料过程中,检测出羟基自由基(·OH)发挥了主要的降解活性的作用。通过沉淀法制备了 Ag3PO4和C60/Ag3PO4复合光催化剂,用XRD,TEM,UV-Vis等对制备的含碳光催化剂的光学性质和表面结构进行了表征,同样以偶氮类染料甲基橙MO作为目标反应物,系统性地评价了 Ag3PO4和C60/Ag3PO4的光催化降解活性,并检测了不同含量的富勒烯C60对复合催化剂的降解效率的影响。实验结果表明,当复合催化剂中富勒烯C60的含量约为5 mg/L时,与Ag3PO4复合后的光催化降解性能表现最优秀,这是由于富勒烯C60能够将光生电子储存起来,能够起到将光生电子-空穴有效分离的作用,从而提高了复合催化剂的降解效率及循环稳定性。通过简便的微波辅助法制备了具有高降解效率的复合材料BiOCl/BiOBr,用XRD,SEM,UV-Vis等对不同摩尔比的BiOCl/BiOBr的光学性质及降解活性进行各种对比表征。结果表明,在模拟可见光条件下BiOCl/BiOBr材料能够非常好的降解罗丹明B溶液。而BiOCl/BiOBr复合光催化剂的光催化降解的可能机理是由于BiOCl/BiOBr能够比纯的BiOCl和BiOBr更好地分离光生电子与空穴,最终提高了该复合光催化剂的光催化降解效率。
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