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铋系可见光催化材料的合成及应用

作　者: 倪秋洋
导　师: 徐孝文
学　校: 苏州科技学院
专　业: 应用化学
关键词: 钼酸铋钒酸铋可见光催化材料分子筛
分类号: O643.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,各种环境污染日趋严重,其中,影响最大的是化学污染。开发能把各种化学污染物无害化的实用技术是环境保护的关键。因而,开发高效、低能耗、适用范围广和有深度氧化能力的化学污染物清除技术一直是环保技术追求的目标。而光催化技术有着传统的高温、常规催化技术及吸附技术无法比拟的优点,是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术。理想的光催化剂应当稳定性好、价格低廉、无毒、高活性且能充分吸收太阳光。TiO₂是目前被研究和应用最多的半导体光催化剂。但是,较高的光生电子与空穴复合率导致TiO₂的光量子效率较低;此外,由于带隙较宽,其吸收光谱只占太阳光谱中很小的一部分,不能充分利用太阳能。新型光催化剂的研究焦点都放在二元或三元等复杂结构的氧化物上,人们希望能找到电荷分离效率高,光响应范围较宽,能充分吸收利用太阳光且光催化效率较高的光催化剂。含Bi的金属复合氧化物可作为具有可见光响应的新型光催化剂,成为近年来光催化领域的研究热点。本论文主要进行铋系复合氧化物纳米材料的制备及光催化性能研究。采用共沉淀法合成的Bi₂MoO₆化合物,XRD表征结果表明,在400℃下焙烧的样品具有较好的结晶性,并生成了纯相的Bi₂MoO₆。TEM表征显示,Bi₂MoO₆为多孔结构。在水溶液悬浮体系中进行可见光照射下的甲基橙的光催化降解实验,实验发现样品在可见光照射下对甲基橙均具有较好的光催化降解性能,且120℃、200℃下焙烧得到的Bi₂MoO₆具有更好的催化效果,这可能是由于其具有多孔的结构。采用浸渍法合成的Bi₂MoO₆/NaY（BM）材料,灼烧温度较高时得到的晶体较完整,结晶程度高。TEM表征显示,Bi₂MoO₆成功负载在分子筛上,且负载后制得的Bi₂MoO₆的大小不超过10nm。EDAX表征显示,BM纳米晶中,Bi的含量大于2倍Mo的含量,主要是由于一部分铋以BiO+或Bi³⁺形式存在于分子筛孔道内,导致产率小于100%。将抗菌材料涂抹在霉菌上,并利用显微镜观察、拍照的方法检测材料的抗菌能力。结果显示,紫外光连续照射时,BM-400的抗菌效果最好。在水溶液悬浮体系中进行可见光照射下的甲基橙的光催化降解实验,发现样品在可见光照射下对甲基橙均具有较好的光催化降解性能,且120℃下焙烧得到的Bi₂MoO₆具有最好的催化效果,高的催化活性主要是由于Bi₂MoO₆的颗粒小而引起的高的比表面,延长半导体光催化剂光生电子和空穴的再结合时间。采用浸渍法合成了BiVO₄/NaY（BV）材料,对于低负载量的BV,XRD表征发现,BiVO₄和NaY的特征峰都不明显, TEM显示,BiVO₄成功负载在分子筛上,且负载后制得的BiVO₄的大小不超过10nm。对于高负载量的BV纳米晶,XRD表征发现,BiVO₄的特征峰很明显,但NaY的衍射峰相对较弱,且随着温度的升高,晶体较完整,结晶程度高。TEM显示,BiVO₄成功负载在分子筛上。EDAX表征结果显示,Bi的含量大于V的含量,主要是由于一部分铋以BiO+或Bi³⁺形式存在于分子筛孔道内。在水溶液悬浮体系中进行可见光照射下的甲基橙的光催化降解实验,发现样品在可见光照射下对甲基橙均具有较好的光催化降解性能,且低负载量比高负载量的BV具有更好的催化效果,说明增加BiVO₄在BV中的相对含量不利于光催化反应。主要是由于高负载量的BiVO₄堆积在BV表面,不能充分的与甲基橙反应。采用共沉淀法合成的BiVO₄化合物,XRD表明,400℃时的衍射峰几乎与BiVO₄的JCPDS 83-1700标准卡完全吻合,说明高温下结晶程度好,晶粒较大。从紫外-可见漫反射光谱的主要吸收边可以估算BiVO₄的禁带宽度为2.4eV, BiVO₄。BiVO₄在300℃时的催化效果最好,其次是400℃。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-21
  1.1 课题背景  12
  1.2 光催化作用机理  12-13
  1.3 铋系可见光催化剂研究进展  13-18
    1.3.1 钼酸铋光催化剂  13-14
    1.3.2 钒酸铋光催化剂  14-16
    1.3.3 氧化铋催化剂  16-17
    1.3.4 钨酸铋纳米催化剂  17-18
    1.3.5 结论与展望  18
  1.4 铋系光催化剂研究需解决的问题  18-19
  1.5 分子筛的概述  19
  1.6 本研究的目的和意义  19-21
第二章 BI_2MoO_3光催化剂的制备及表征  21-32
  2.1 实验试剂  21
  2.2 实验仪器  21-22
  2.3 实验内容  22-23
  2.4 Bi_2MoO_6 的表征  23
  2.5 Bi_2MoO_6 的光催化活性评价  23-24
  2.6 结果与讨论  24-31
  结论  31-32
第三章 BI_2MoO_3/NAY(BM)光催化剂的制备  32-52
  3.1 实验试剂  32
  3.2 实验仪器  32
  3.3 实验内容  32-33
    3.3.1 BM 制备的基本原理  32
    3.3.2 BM 光催化剂的制备  32-33
  3.4 BM 催化剂的表征  33
  3.5 BM 催化剂的活性评价  33-34
  3.6 结果与讨论  34-41
    3.6.1 BM 的XRD 分析  34-35
    3.6.2 BM 的形貌  35-36
    3.6.3 BM 的元素含量、种类分析  36-37
    3.6.4 BM 的比表面测定、孔径分布  37-38
    3.6.5 BM 的UV-Vis 表征  38-39
    3.6.6 BM 的光催化性能检测  39-41
  3.7 抗菌性能检测  41-51
    3.7.1 培养霉菌  41
    3.7.2 抗菌性能的检测过程  41-43
    3.7.3 分光光度检测  43-44
    3.7.4 显微镜观察  44-50
    3.7.5 抗菌性能随时间变化比较  50
    3.7.6 抗菌性能的比较  50-51
  结论  51-52
第四章 BIVO_4/NAY(BV)光催化剂的制备  52-58
  4.1 实验试剂  52
  4.2 实验仪器  52
  4.3 实验内容  52
    4.3.1 BV 光催化剂制备的基本原理  52
    4.3.2 BV 的制备  52
  4.4 BV 的表征  52
  4.5 BV 的活性评价  52-53
  4.6 结果与讨论  53-57
    4.6.1 BV 的XRD 分析  53-54
    4.6.2 BV 的形貌  54-55
    4.6.3 BV 的紫外.可见漫反射光谱  55-56
    4.6.4 BV 的光催化活性  56-57
  结论  57-58
第五章 BIVO_4光催化剂的制备  58-62
  5.1 实验试剂  58
  5.2 实验仪器  58
  5.3 实验内容  58
    5.3.1 BIVO_4 制备的基本原理  58
    5.3.2 BIVO_4 光催化剂的制备  58
  5.4 BIVO_4 的表征  58-59
  5.5 BIVO_4 的活性评价  59
  5.6 结果与讨论  59-61
    5.6.1 BIVO_4 的XRD 分析  59-60
    5.6.2 BIVO_4 的UV-Vis 表征  60-61
    5.6.3 BIVO_4 的光催化性能检测  61
  结论  61-62
第六章结论与展望  62-63
参考文献  63-67
致谢  67-68
简历  68-69
详细摘要  69

铋系可见光催化材料的合成及应用

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