含铋复合氧化物的制备及可见光催化降解有毒有机污染物-生态学专业论文.docxVIP

I I 三峡大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 学位论文作者签名： 日 期： II II 内 容 摘 要 环境污染和能源短缺是目前人类生存面临的重大挑战。光催化技术直接利用 太阳光降解和矿化环境中各种污染物，且能够光解水制氢。因此，光催化技术在 环境治理和新能源开发方面具有广阔的发展前景。典型的金属氧化物 TiO2 由于 其性质稳定，无毒，以及高效的光催化活性，无腐蚀性，可反复使用并将多种有 机污染物完全矿化成无机离子和 H2O，无二次污染等优点越来越受到人们的重 视。但 TiO2 带隙较宽(Eg=3.2eV)，无法直接利用太阳能等问题限制了其实际应用。 为了拓展光催化剂的光响应范围和进一步提高光催化效率，开发高效新型可见光 催化材料成为当前的研究重点和热点。碳酸氧铋 Bi2O2CO3 作为一类新型的 Sillen 层状结构复合物，由于具有特殊的层状结构和空间构型，有作为光催化剂的潜在 可能性。同时通过制备介质的可控条件的改变，而制备出具有高分散性，稳定不 易光解的无机纳米材料 CdS 在可见光光催化方面也具有很好的优势。研究这些 潜在可见光活性催化材料在中性 pH 环境下对有毒有机物的降解与矿化。 1 通过实验建立了以尿素为碳酸根来源，加入非离子表面活性剂水热制备 Bi2O2CO3，并探讨其光催化降解有机染料和无色小分子的性能，如下：水热法制 备得到块状 Bi2O2CO3 粉末，X 射线衍射仪(X-ray diffraction，XRD)和扫描电镜 （SEM）对 Bi2O2CO3 粉末进行了初步表征。在可见光 (λ≥420nm)照射条件下， 以有机染料罗丹明 B（Rhodamine B, RhB）和无色小分子水杨酸(salicylic acid， SA)光催化降解试验为探针反应，经聚乙二醇-6000 修饰的 Bi2O2CO3 具有较高的 光催化活性，对 RhB 和 SA 有较好的降解效果。通过分析紫外-可见光谱(UV-vis)、 红外光谱(FTIR)和总有机碳(TOC)测定，反应 35h 后 RhB 和 SA 的矿化率分别达 到 72%和 43%。同时，采用辣根过氧化物酶(POD)、N,N-二乙基对苯二胺(DPD) 分光光度法和苯甲酸荧光光度法分别测定了在降解过程中 H2O2 和羟基自由基 (·OH)的变化，表明 Bi2O2CO3/Vis 光催化机理涉及到·OH 历程。 2 选用草酸作为碳酸根源，设计不同的 Bi/草酸摩尔比采用水热法合成 Bi2O2CO3，利用 X 射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对 Bi2O2CO3 进行 了初步表征，结果表明不同的 Bi/草酸摩尔比在水热条件下会影响 Bi2O2CO3 的结 晶度，但不影响晶型。以有机染料罗丹明 B（Rhodamine B, RhB）和无色小分子 水杨酸(salicylic acid，SA)的可见光光催化实验为探针反应，发现 Bi/草酸摩尔比 =1:3 条件下制备所得到的 Bi2O2CO3 光催化活性最好。通过分析紫外-可见光谱 (UV-vis)、红外光谱(FTIR)和总有机碳(TOC)测定，发现反应 35h 后，RhB 矿化率 约达到 40%。同时，采用辣根过氧化物酶(POD)、N,N-二乙基对苯二胺(DPD)分 PAGE PAGE III 光光度法和苯甲酸荧光光度法分别测定了在降解过程中 H2O2 和羟基自由基(·OH) 的变化，表明 Bi2O2CO3/Vis 光催化机理涉及到·OH 历程。 3 分别以乙醇、异丙醇和正丁醇为溶剂介质，在水热条件下制备得到，考察 了水热反应的温度和时间等因素对 Bi2O2CO3 粉体光催化活性的影响。采用 XRD、 SEM 对制备的 TiO2 进行初步表征，并结合光催化(λ≥420 nm)降解有机染料的 光活性探针反应，结果表明水热温度为 200 ℃，时间为 14 h 时可制得具有较高 光 催 化 活 性 的 Bi2O2CO3 粉 体 。 光 催 化 实 验 中 跟 踪 研 究 了 染 料 罗 丹 明 B （Rhodamine B, RhB）和无色小分子水杨酸(salicylic acid，SA)体系的氧化物种。 4 采用在 CTMAB/正丁醇/正庚烷/水四元反相胶束介质体系中直接沉淀法制 备纳米 CdS。在可见光照射下，以 CdS 活化分子氧光催化降解孔雀绿(Malachite green MG)为探针反应，探讨了反相胶束介质体系不