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改性BiOBr的制备及其光催化降解苯系物的性能研究

郭倩  
【摘要】:随着我国社会经济和工业企业的快速发展,环境污染和能源危机这两大问题日益凸显。近年来,光催化氧化技术在环境污染治理方面的应用越来越广泛,在降解挥发性有机物(VOCs)方面也有了进一步发展。在半导体光催化材料中,新型材料BiOBr由于其优异的电子结构、光吸收性质和良好的催化性能,引起了学者的广泛关注。但是BiOBr带隙较宽(~2.90eV),对可见光的吸收范围有限,限制了其在可见光条件下的实际应用。为了提高BiOBr的在可见光下光催化活性,研制高性能的改性BiOBr光催化材料成了解决问题的关键。目前半导体光催化剂的改性方法主要包括半导体复合、光敏化、贵金属沉积和金属离子掺杂等。经改性后的催化剂对可见光的响应范围更广,在可见光照射下对有机污染物也可以进行光催化降解并得到良好的效果,因此得到了众多研究者的关注。随着空气质量的逐年降低,大气污染问题越来越得到重视,其中,作为室内空气污染和雾霾的主要组成成分的挥发性有机污染物(VOCs),在空气中浓度较高、难降解且会对环境和人体有较大的的危害,成为了环境净化领域的重点研究对象。在近些年的研究中,人们发现半导体光催化能够利用光能降解有机污染物,这对空气治理具有重要的意义。本实验采用直接水解法制备了纯BiOBr,然后采用离子交换法制备不同金属负载量的AgBr/BiOBr,又对不同负载量的AgBr/BiOBr用氙灯照射经还原反应得到复合Ag/AgBr/BiOBr光催化剂,并利用XRD、SEM、TEM、BET等表征手段对所制备的样品系统的研究负载量不同的光催化剂的结构、形貌、比表面积及光吸收性质的影响。结果表明,采用水解法制备出的BiOBr半导体材料属于四方晶系,形貌为不规则的纳米片状,结晶度良好,晶格条纹清晰。负载量不同,光催化剂的形貌有不同程度的变化,负载量为1/16的AgBr/BiOBr尺寸最为均匀、分散良好,比表面积最大。不同催化剂用量、不同苯系物初始浓度下对苯系物进行光催化降解实验的结果表明,在紫外灯的照射下,在一定范围内,增加催化剂用量,对苯系物的光催化降解效率明显增加,但催化剂用量过大时,光催化降解效率变化不是很明显。改变苯系物的初始浓度,光催化降解效率增加,但随着体系中苯系物初始浓度的增加,BiOBr的光催化降解效率反而下降。本次实验还对BiOBr队苯系物的光催化降解过程进行了动力学研究,结果表明,BiOBr光催化降解苯系物的过程符合一级反应动力学方程。本次实验探讨了不同负载量的复合催化剂对光催化效率的影响,对苯系物进行光催化降解的实验结果表明,当AgBr的负载量为1/16时,AgBr/BiOBr和Ag/AgBr/BiOBr复合催化剂对苯系物的光催化降解效率最高,负载量为1/16的AgBr/BiOBr,对苯的光催化降解效率可达到95.51%,对AgBr负载量为1/16的进行照射制备出的Ag/AgBr/BiOBr光催化性能最好,对苯的光催化效率可达到97.91%。


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