機械球磨法合成溴氧鉍基材料及其增強光催化降解有機污染物研究
發(fā)布時間：2021-08-25 01:21
目前,環(huán)境污染已經(jīng)嚴重影響我國經(jīng)濟發(fā)展與人民的日常生活。而在諸多污染問題中,工業(yè)廢水和生活廢水導(dǎo)致的水污染問題更是尤為嚴峻。光催化技術(shù)可以直接將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,具有環(huán)境友好、可重復(fù)利用以及反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點,有望能夠控制水體污染問題。光催化劑是光催化技術(shù)的主體,設(shè)計與構(gòu)筑高效穩(wěn)定的光催化劑是光催化技術(shù)研究中最重要的一環(huán)。溴氧鉍（BiOBr）光催化劑由于其具有優(yōu)異的光催化性能和良好的穩(wěn)定性,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境光催化領(lǐng)域。但是BiOBr存在可見光吸收能力較弱以及光生載流子易復(fù)合的缺陷。為解決上述問題,本文通過形貌調(diào)控與構(gòu)筑復(fù)合光催化體系以改善其光催化性能,并探索其降解有機污染物的光催化性能。首先,本文創(chuàng)新性地提出離子液體輔助機械球磨法來構(gòu)筑BiOBr-IL超薄納米片,并選擇其他合適的材料與之復(fù)合。其次,通過一系列表征探究材料的組成結(jié)構(gòu)、形貌特征以及光學(xué)性質(zhì)。最后,選取合適的目標污染物考察材料光催化降解性能,并提出可能的反應(yīng)機理。本文具體研究內(nèi)容如下:1.在常溫常壓條件下,以離子液體([C16mim]Br)為溴源,通過機械球磨法成功制備得到了BiOBr-IL超薄納...
【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省
【文章頁數(shù)】：89 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
太陽光照射條件下半導(dǎo)體光催化劑降解污染物機理[10]
雜陬榛?牧希?經(jīng)常采用元素摻雜以及金屬Bi沉積對其進行修飾以提升其光催化性能[47,51]。Huang[51]等人以寬帶隙BiOIO3為模板，通過簡單的NaBH4輔助原位還原法合成了Bi/I修飾的BiOIO3。如圖1.2所示，金屬Bi的表面等離子共振效應(yīng)和I摻雜的協(xié)同作用使BiOIO3具有更窄的帶隙和更強的載流子分離能力，從而使其具有更好的催化活性。Bi/I修飾的BiOIO3不但表現(xiàn)出比BiOIO3單體更強的光反應(yīng)活性，而且對多種工業(yè)污染物和藥物具有強光氧化性能，可以分解苯酚、2,4-二氯苯酚、雙酚A、羅丹明B、鹽酸四環(huán)素以及NO氣體。圖1.2BiOIO3@X在可見光照射下的電荷分離原理圖及可能的反應(yīng)機理[51]Fig.1.2SchematicdiagramofchargeseparationandthepossiblereactionmechanismofBiOIO3@Xundervisiblelightirradiation[51]1.2.3光催化技術(shù)的應(yīng)用太陽能作為一種可再生的綠色能源，不會產(chǎn)生污染，并且能夠滿足人類社會現(xiàn)在以及未來對于能源的需求。半導(dǎo)體光催化技術(shù)可以有效利用太陽能，同時進行能量轉(zhuǎn)換與環(huán)境修復(fù)，已經(jīng)引起諸多研究者的興趣，成為環(huán)境修復(fù)與能源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的研究熱門（圖1.3）[52]。在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域，半導(dǎo)體光催化技術(shù)除了應(yīng)用于
機械球磨法合成溴氧鉍基材料及其增強光催化降解有機污染物的研究6光催化降解水體污染物外，還可用于氮氧化物以及揮發(fā)性有機污染物的去除[53]；在能源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，光催化技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到光催化固氮[54]、光催化二氧化碳還原[55]、以及光催化分解水產(chǎn)氫[54,56]等研究方向。圖1.3光催化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域[52]Fig.1.3Applicationofphotocatalysistechnology[52]1.3BiOX光催化劑在鉍基光催化材料中，BiOX因其具有良好的穩(wěn)定性和優(yōu)異的光催化性能，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于水體中有機污染物的控制研究領(lǐng)域[57,58]。BiOX的結(jié)構(gòu)為PbFCl型四方晶系，屬于典型的V-VI-VII族金屬鹵氧化物。如圖1.4所示，BiOX中[Bi2O2]2+層與雙鹵素原子層交織排布，形成層狀結(jié)構(gòu)。在BiOX晶體中，內(nèi)層原子之間通過強的共價鍵作用連接，層間則是通過弱的范德華作用力連接。這種開放的層狀晶體結(jié)構(gòu)能夠使其具有足夠的空間來極化相關(guān)原子和軌道，進而在沿著與[Bi2O2]2+和[X]－層相垂直的方向上形成固有的內(nèi)部靜電場[57]。這種自生的內(nèi)部靜電場能夠促進材料中光生電子空穴對的有效分離，從而使BiOX具有優(yōu)異的光催化活性[59]。圖1.4BiOX的結(jié)構(gòu)示意圖[57]Fig.1.4StructuralmodelillustrationsofBiOX[57]
本文編號：3361099
【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省
【文章頁數(shù)】：89 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
太陽光照射條件下半導(dǎo)體光催化劑降解污染物機理[10]
雜陬榛?牧希?經(jīng)常采用元素摻雜以及金屬Bi沉積對其進行修飾以提升其光催化性能[47,51]。Huang[51]等人以寬帶隙BiOIO3為模板，通過簡單的NaBH4輔助原位還原法合成了Bi/I修飾的BiOIO3。如圖1.2所示，金屬Bi的表面等離子共振效應(yīng)和I摻雜的協(xié)同作用使BiOIO3具有更窄的帶隙和更強的載流子分離能力，從而使其具有更好的催化活性。Bi/I修飾的BiOIO3不但表現(xiàn)出比BiOIO3單體更強的光反應(yīng)活性，而且對多種工業(yè)污染物和藥物具有強光氧化性能，可以分解苯酚、2,4-二氯苯酚、雙酚A、羅丹明B、鹽酸四環(huán)素以及NO氣體。圖1.2BiOIO3@X在可見光照射下的電荷分離原理圖及可能的反應(yīng)機理[51]Fig.1.2SchematicdiagramofchargeseparationandthepossiblereactionmechanismofBiOIO3@Xundervisiblelightirradiation[51]1.2.3光催化技術(shù)的應(yīng)用太陽能作為一種可再生的綠色能源，不會產(chǎn)生污染，并且能夠滿足人類社會現(xiàn)在以及未來對于能源的需求。半導(dǎo)體光催化技術(shù)可以有效利用太陽能，同時進行能量轉(zhuǎn)換與環(huán)境修復(fù)，已經(jīng)引起諸多研究者的興趣，成為環(huán)境修復(fù)與能源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的研究熱門（圖1.3）[52]。在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域，半導(dǎo)體光催化技術(shù)除了應(yīng)用于
機械球磨法合成溴氧鉍基材料及其增強光催化降解有機污染物的研究6光催化降解水體污染物外，還可用于氮氧化物以及揮發(fā)性有機污染物的去除[53]；在能源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，光催化技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到光催化固氮[54]、光催化二氧化碳還原[55]、以及光催化分解水產(chǎn)氫[54,56]等研究方向。圖1.3光催化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域[52]Fig.1.3Applicationofphotocatalysistechnology[52]1.3BiOX光催化劑在鉍基光催化材料中，BiOX因其具有良好的穩(wěn)定性和優(yōu)異的光催化性能，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于水體中有機污染物的控制研究領(lǐng)域[57,58]。BiOX的結(jié)構(gòu)為PbFCl型四方晶系，屬于典型的V-VI-VII族金屬鹵氧化物。如圖1.4所示，BiOX中[Bi2O2]2+層與雙鹵素原子層交織排布，形成層狀結(jié)構(gòu)。在BiOX晶體中，內(nèi)層原子之間通過強的共價鍵作用連接，層間則是通過弱的范德華作用力連接。這種開放的層狀晶體結(jié)構(gòu)能夠使其具有足夠的空間來極化相關(guān)原子和軌道，進而在沿著與[Bi2O2]2+和[X]－層相垂直的方向上形成固有的內(nèi)部靜電場[57]。這種自生的內(nèi)部靜電場能夠促進材料中光生電子空穴對的有效分離，從而使BiOX具有優(yōu)異的光催化活性[59]。圖1.4BiOX的結(jié)構(gòu)示意圖[57]Fig.1.4StructuralmodelillustrationsofBiOX[57]
本文編號：3361099
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