【摘 要】
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染料废水的色度高、有机物含量高、成分复杂且具有毒性,对环境和人体健康造成严重危害,高效处理染料废水一直是环境治理的重点。近年来,光催化技术由于其低成本、高效率、无二次污染等优点成为一种处理染料废水的新兴方法,其中以TiO2为代表的半导体光催化剂更是受到广泛研究。然而,TiO2的禁带宽度大、吸附性差、光生载流子复合率高且回收困难,使它在实际应用中受到诸多限制。因此,本文通过溶胶-凝胶法将Bi掺杂进T
【基金项目】
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国家自然科学基金（51464007）“钛柱撑蒙脱石材料深度处理污水中重金属离子的研究”； 贵州省科技计划项目（黔科合基础[2020]1Z045）“铋钛插层蒙脱石材料深度处理染料废水的机理研究”； 贵州省科技支撑项目（黔科合支撑[2021]482）“煤泥清洁分选关键技术研究与示范”；
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染料废水的色度高、有机物含量高、成分复杂且具有毒性,对环境和人体健康造成严重危害,高效处理染料废水一直是环境治理的重点。近年来,光催化技术由于其低成本、高效率、无二次污染等优点成为一种处理染料废水的新兴方法,其中以TiO2为代表的半导体光催化剂更是受到广泛研究。然而,TiO2的禁带宽度大、吸附性差、光生载流子复合率高且回收困难,使它在实际应用中受到诸多限制。因此,本文通过溶胶-凝胶法将Bi掺杂进TiO2晶格内来改善禁带宽度和光生载流子分离,并将光催化剂负载到比表面积大、具有层状结构的蒙脱石上,以增强吸附性和可回收性,最终制备了Bi掺杂TiO2/蒙脱石复合材料。系统研究了复合材料的结构特征和光学性质,并以罗丹明B作为模拟染料废水进行了光催化降解试验,探究了可见光下复合材料的光催化性能。研究结果表明:在Bi/Ti摩尔比为7%、蒙脱石悬浮液质量分数为2%、煅烧温度为600℃、煅烧时间为3 h条件下制备的Bi掺杂TiO2/蒙脱石复合材料具有最高的光催化活性。复合材料中TiO2主要为锐钛矿相,Bi以Bi3+取代Ti4+形式掺杂进了TiO2晶格内部,掺杂后复合材料的比表面积增大到123.62 m2/g、禁带宽度降低至2.80 e V、光生载流子的分离也得到增强。在可见光下复合材料光催化降解罗丹明B的试验中发现,Bi掺杂TiO2/蒙脱石复合材料的吸附性较TiO2、钠基蒙脱石、TiO2/蒙脱石复合材料有了较大提升,可在25 min达到吸附平衡,吸附过程符合拟二级动力学方程。酸性环境和适宜浓度的溶液能提高罗丹明B的降解率。当罗丹明B溶液的pH为2.1、初始浓度为10 mg/L、复合材料投加量为0.5 g/L时降解效果最好,经过30 min暗吸附、150 min光照后罗丹明B降解率可达97.12%,光催化过程可用Langmuir-Hinshlwood一级动力学方程描述,且在反应体系中起主要作用的活性物种为空穴和超氧自由基,二者与罗丹明B发生氧化还原反应。此外,重复使用试验表明,Bi掺杂TiO2/蒙脱石复合材料具有优异的稳定性。
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