BiFeO3及BiOBr纳米光催化剂的制备及光催化还原Cr(Ⅵ)

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针对当前光催化技术中存在的催化剂回收难、催化效率较低、太阳能利用率低等关键问题,围绕着开发“具有可见光响应的新型磁性光催化剂”这一目标,选用BiOBr及弱磁性的BiFeO3这两种具有可见光响应的半导体,以性能为导向进行了一系列设计合成,从而在一定程度上改进了材料的光催化性能。其主要研究内容如下:1.通过高压静电纺丝技术成功制备了单晶BiFeO3纳米纤维。制备的纤维通过热重差热分析(TG-DTG)、XRD、SEM、TEM、EDS、紫外可见漫反射光谱和氮气吸附脱附曲线等对其结构、和形貌进行了表征。利用Cr(VI)溶液考察了制备的纤维在可见光下的光催化还原性能。纳米纤维比用传统的溶胶凝胶法制备的纳米粒子有更高的光催化活性,这归因于有更大的比表面积。空穴消耗剂酒石酸的加入能促进光催化还原Cr(VI)反应的发生,其还原效率可提高87%。由于BiFeO3能在可见光下响应,并且具有弱磁性能,能通过磁场回收,因此能在环境净化中有广阔的应用前景。2.针对BiFeO3在强酸性条件下(pH≤3)的化学不稳定性,先采用溶胶凝胶法制备BiFeO3纳米粒子,再以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为溴源,在pH=3时利用水热法制备了异质结型BiFeO3/BiOBr复合光催化剂。并用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外可见漫反射(UV-Vis)吸收光谱、BET等手段对制备的光催化剂进行了表征。并在可见光下,对Cr(VI)光还原性能进行研究。考察了不同摩尔比的BiFeO3/BiOBr复合光催化剂的催化活性。实验结果表明:异质节型的BiFeO3/BiOBr复合光催化剂的光催化活性优于纯的BiFeO3,当复合催化剂的摩尔比例为1:1时,所制备的催化剂活性最高,光照反应体系,80min Cr(VI)去除率达到99%以上。BiFeO3与BiOBr的复合有效解决了BiFeO3在强酸性条件下(pH<3)的化学不稳定性的缺点,同时保留了铁酸铋的弱磁性及两者在可见光下的光催化性能。3.采用静电纺丝的方法制备BiFeO3纳米纤维,然后将其投入到含AgNO3的溶液中,在紫外光下还原制备成Ag颗粒负载的Ag-BiFeO3复合光催化剂。催化剂的活性通过可见光下对罗丹明B的降解来评价。实验考察了AgNO3的含量、BiFeO3的形态、光还原AgNO3的时间、是否加酒石酸等因素对降解效果的影响。实验结果表明,在酒石酸存在的条件下,将纳米纤维状的BiFeO3投入到含0.0085g的AgNO3的溶液中,紫外光下光还原90min所制备的复合光催化剂的光催化活性最佳。
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