可见光下降解有机污染物的碳改性BiVO4催化剂研究

• 作 者: 牛敏丽
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 石墨烯 原位碳 Bi VO4 可见光

针对近年来水中有机污染物带来的严重环境问题,结合Bi VO4的可见光响应性能,本文以苯酚作为目标污染物分别系统研究了原位碳和石墨烯改性Bi VO4的光催化活性,并通过电子捕获剂协同其光催化降解苯酚。通过浸渍煅烧法制备了原位碳改性Bi VO4。通过表征发现,碳的负载没有改变Bi VO4的单斜晶结构,但其结晶度随碳载量的增加而下降,催化剂的晶面也变得粗糙。Bi VO4的比表面积和光生电子空穴对的分离能力随碳环数及载量的增加而增加,对可见光的吸收性能随着碳载量的增加而变强。研究结果表明,载量一定时,催化剂的活性随碳环数的增加而增强,碳源相同时,其活性随着载量的增加而先升高后降低,其中以纤维素为碳源,载量为0.5 wt.%时活性最高,苯酚去除率达88.7%。考察了原位碳改性Bi VO4的煅烧温度的影响。表征结果显示,煅烧温度为400℃-600℃时,催化剂保持单斜晶相,700℃和800℃时发生相变,其表面也变得粗糙,Bi VO4的结晶度、比表面积和电子空穴对的分离能力随煅烧温度的升高先升高后降低,500℃时最好,而对可见光的吸收性能逐渐增强。其活性随煅烧温度的升高先上升后下降,500℃时活性最优。采用水热法制备了石墨烯改性Bi VO4。表征结果显示,石墨烯的负载没有改变Bi VO4的单斜晶结构,但其结晶度随石墨烯尺寸的减小下降,其比表面积和电子空穴对分离能力先升高后降低,石墨烯尺寸为5-7μm载量为0.5 wt.%时最高。另外,石墨烯对催化剂的形貌有一定影响,随着石墨烯尺寸的减小和载量的增大,Bi VO4表面逐渐被包裹;催化剂对可见光的吸收随石墨烯尺寸的减小和石墨烯载量的增加而增强,尺寸为5-7μm载量为2.0 wt.%时吸收性能最好。实验结果表明,随着石墨烯尺寸的减小和载量的增大,催化剂的活性先升高后降低,其中石墨烯尺寸为5-7μm,载量为0.5 wt.%时活性最高,苯酚去除率达65.2%。以电子捕获剂KBr O3协同筛选出的最优催化剂降解苯酚,当催化剂投加量为1 g/L、p H值为3、KBr O3投加量为25 mmol/L时的降解率最高,氙灯下照射5小时后初始浓度为1000 mg/L苯酚的去除率达52.3%,而在太阳光照射下去除率为47.6%。