釔酸鹽光催化劑的制備及其光催化性能的研究.pdf

1、能源短缺和環(huán)境污染是本世紀(jì)全人類所面臨的共同問(wèn)題。如何合理利用自然界中有限的能源、有效控制和解決環(huán)境污染問(wèn)題是新世紀(jì)各國(guó)學(xué)者所研究的熱門(mén)課題。TiO2以其穩(wěn)定性、價(jià)廉、無(wú)毒等在凈化環(huán)境及光催化分解水制氫等方面表現(xiàn)出重要的應(yīng)用前景。但TiO2的禁帶寬度為3.2 eV，僅能吸收387 nm以下的紫外光，同時(shí)光生電子—空穴對(duì)復(fù)合幾率較高，對(duì)太陽(yáng)能利用率低，嚴(yán)重阻礙了其在光催化氧化領(lǐng)域中的應(yīng)用。為此，開(kāi)發(fā)具有可見(jiàn)光活性的新型光催化劑是光催化領(lǐng)域

2、研究的重要內(nèi)容。
　　 本文采用高溫固相法及沉淀法，制備了一系列具有可見(jiàn)光響應(yīng)的釔酸鹽光催化劑，并研究了該類催化劑在可見(jiàn)光下降解有機(jī)物的過(guò)程。主要內(nèi)容包括以下三個(gè)方面。
　　 首先，研究了釔酸鉍的制備、結(jié)構(gòu)及其光催化活性。考察了釔鉍原子比對(duì)釔酸鉍結(jié)構(gòu)與其光催化性能的影響，合成出具有優(yōu)異可見(jiàn)光催化活性的Bi1.8Y0.2O3復(fù)合氧化物。
　　 采用固相反應(yīng)及沉淀法制備了BiYO3光催化劑，以可見(jiàn)光催化降解甲基橙染料

3、廢水為探針?lè)磻?yīng)，采用熱分析、X—射線衍射、高分辨率透射電鏡、比表面及孔徑分析、紫外—可見(jiàn)漫反射光譜、拉曼光譜、紅外光譜等方法對(duì)催化劑進(jìn)行表征，研究制備方法及焙燒溫度對(duì)BiYO3光催化活性的影響。結(jié)果表明，固相法制備的BiYO3中存在少量的Bi2O3，兩者之間形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，提高了其可見(jiàn)光催化活性。經(jīng)750℃焙燒的BiYO3的活性較高，而經(jīng)700℃焙燒的催化劑中還存在少量的Bi2O3及Y2O3，使得其光催化活性不高，而經(jīng)800℃焙燒的催化劑

4、存在一定的燒結(jié)現(xiàn)象，使得其比表面較少，影響其光催化活性。
　　 BiYO3具有較好的可見(jiàn)光吸收性能，但其在150 min內(nèi)僅能使甲基橙染料廢水降解25％，本研究采用改變Bi與Y的比例，制備了一系列的BixY2-xO3可見(jiàn)光催化劑，并考察其光催化活性。研究發(fā)現(xiàn)Bi1.8Y0.2O3的光催化活性較高，可見(jiàn)光照150 min，甲基橙廢水降解99.7％。Bi2O3加入少量的Y2O3后，能形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，存在較多的活性中心，大大提高了其光催

5、化活性，但加入Y2O3的量過(guò)大，則會(huì)使催化劑的催化中心降低。
　　 其次，研究了Bi1.8Y0.2O3光催化降解有機(jī)廢水的工藝過(guò)程。
　　 糖蜜酒精廢水是一種難降解的有機(jī)廢水，主要成分為焦糖等色素類物質(zhì)。利用固相法制備了Bi1.8Y0.2O3光催化劑并將其應(yīng)用于光催化降解糖蜜酒精廢水降解反應(yīng)中，考察了催化劑用量，溶液pH值，助氧化劑及光照強(qiáng)度對(duì)糖蜜酒精廢水脫色影響。研究表明，在可見(jiàn)光輻照下，Bi1.8Y0.2O3能有效地

6、對(duì)糖蜜酒精廢水進(jìn)行光催化作用。對(duì)于經(jīng)30倍稀釋的糖蜜酒精廢水，添加2.0 g·L-1的Bi1.8Y0.2O3光催化劑，不改變廢水的pH值及不添加助氧化劑H2O2的條件下，在400 W日光色鏑燈照射下反應(yīng)150 min，Bi1.8Y0.2O3光催化降解糖蜜酒精廢水的脫色率為54.3％，COD去除率為51.3％，糖蜜酒精廢水呈現(xiàn)出較好的降解趨勢(shì)。Bi1.8Y0.2O3光催化降解糖蜜酒精廢水過(guò)程符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，在光催化過(guò)程中生成了活性很高

7、的·OH及·O2-等物種，Bi1.8Y0.2O3之所以具有較高的可見(jiàn)光催化性能，可能與其晶體結(jié)構(gòu)中Bi—O多面體的存在有著很大的關(guān)系。
　　 最后，研究了其它金屬陽(yáng)離子對(duì)釔酸鹽的結(jié)構(gòu)及其光催化活性的影響，并且發(fā)現(xiàn)InYO3、PbYO3具有良好的可見(jiàn)光催化活性。研究發(fā)現(xiàn)，焙燒溫度對(duì)InYO3、PbYO3催化劑的活性有較大的影響，InYO3光催化劑的適宜焙燒溫度為700℃，PbYO3光催化劑的適宜焙燒溫度為800℃。經(jīng)800℃焙燒的