Bi2WO6/硅藻土复合光催化剂的合成、表征与性能研究

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雾霭的广泛肆虐、水体的污染等环境问题的日益突出,使人们越来越多的关注身边的环境健康。特别是水体,与我们的生活息息相关,寻求一种温和有效的解决方式至关重要。随着大量的研究实践,发现半导体光催化氧化技术较其他治理方式更加温和、降解彻底而且无二次污染。近年来随着TiO2半导体研究的日益完善,人们开始关注新型的可见光半导体光催化剂以及负载型的半导体复合光催化剂的研究。本文主要研究新型的半导体光催化剂Bi2WO6与天然多孔硅质材料硅藻土制备的复合型可见光光催化剂的合成条件、结构和性能。两者结合了各自的优点,不仅保留了钨酸铋的光催化活性而且也解决了产物的回收利用。通过实验研究合成的最优条件、掺杂Cu、Fe、Pb离子对复合产物的影响以及硅藻土处理方式的不同对产物的结构与性能影响。并利用多种表征手段,对合成的样品进行晶型、成分、形貌以及降解性能的分析,如XRD、XPS、SEM、可见光测试等。1.采用水热合成法制备Bi2WO6/硅藻土复合光催化剂,优选的的最佳条件为:提纯硅藻土的预处理焙烧温度为600℃,前驱体溶液pH=2,180°C下水热24h,复合质量比例为Bi2WO6-60%,硅藻土-40%,这样的产物达到最佳的界面结合状态。2.水热合成的产物与染料溶液按1g/L的比例进行光催化测试,结果表明:BW-60/d-40/pH-2光催化剂的光催化活性高于同等条件下制备的纯Bi2WO6催化剂,降解率为79%。3.在最佳制备条件下掺杂三种Cu、Fe、Pb离子的金属盐,600℃有氧焙烧的硅藻土作为载体,前驱体溶液pH=2,负载比例为60%的基础上,研究了Pb、Cu、Fe掺入BW-60/d-40复合光催化剂中的结构和光催化活性。合成的掺杂复合样品中,Pb与Fe均使得复合样品的光催化性能较BW-60/d-40增加,最佳掺入量为:Pb/2%---降解率可达90.8%、Fe/5%---降解率为88.5%、Cu/0.5%---降解率70.6%,Pb元素的掺入显著提高了Bi2WO6/硅藻土的光催化性能。通过各种表征手段可知,Pb元素较其他两种更好地掺入到了合成的样品中,4.硅藻土作为载体复合半导体光催化剂是本实验的创新之处,主要探讨硅藻土焙烧方式与焙烧温度的不同对Bi2WO6/硅藻土复合光催化剂的影响。通过有氧和炭化两种焙烧方式,并在不同的温度下焙烧后得到具有不同表面特性的硅藻土,比较了两种硅藻土的吸附性能,观测了表面的结构变化,由此得出结论:炭化硅藻土的吸附性能比有氧硅藻土强;有氧焙烧后的硅藻土,表面以及孔中残留的有机质挥发,孔结构清晰,并且随着有氧焙烧温度的增加,硅藻土的孔结构被破坏;炭化后的硅藻土表面仍附着着一些物质,并伴随着焙烧温度的升高,硅藻土表面的孔结构逐渐缩小。以600℃炭化处理的硅藻土作为载体,前驱体pH=2,负载比例为钨酸铋60%,制备的Bi2WO6/炭化硅藻土复合光催化剂的光催化性能较强,降解率为82%,而且比最佳BW-60/d-40-CY600℃的降解率稍大,即炭化处理后的硅藻土增强了复合光催化剂的光催化活性。
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