中空球型纳米Bi2WO6的制备及光催化降解水中有机污染物的研究

摘要

纳米钨酸铋(Bi2WO6)具有紫外光与可见光催化活性,是一种新型光催化剂,在难降解有机废水处理中极具开发应用前景。本文利用超声波分散法成功制备出了新型中空球型纳米Bi2WO6光催化剂。通过X射线衍射仪(XRD)、电子扫描电镜(SEM)和透射式电子显微镜(TEM)等手段对其晶型、粒径、表面形貌等进行了表征。以脱色率(降解率)和TOC的去除率为评价指标,系统研究了该催化剂在紫外光照射下对亚甲基蓝染料、在太阳光照射下对罗丹明B染料的光催化降解性能和操作条件,从而为中空球型纳米Bi2WO6光催化剂的制备和在难降解染料废水实际处理工程中的应用提供了理论依据。研究结果表明:
　　 1.中空球型纳米Bi2WO6光催化剂的制备与表征:采用以葡萄糖制备的碳纳米球作为模板,以Bi(NO3)3·5H2O和Na2WO4·2H2O为原料,在初始反应物硝酸铋与碳纳米球的质量比为20:1的条件下,利用超声波分散法,得到纳米碳为核的Bi2WO6前驱体,而后经500℃高温焙烧3h,制备出了中空球型纳米Bi2WO6光催化剂。通过对该催化剂进行XRD、SEM和TEM图谱分析可知:制备出的纳米Bi2WO6光催化剂产品属于钨铋矿;形状为球形分散颗粒,粒径为200～350nm;构型为空心球型,空心球的球面厚度约为20nm。
　　 2.中空球型纳米Bi2WO6在紫外光下光催化降解亚甲基蓝:在紫外光照射、进水浓度为100 mg·L-1、pH值为6.0、催化剂加入量为1 g·L-1的最佳条件下,反应80min时,亚甲基蓝的脱色率达到80％、TOC去除率达到70％。回收再生(500℃下焙烧1h)的催化剂仍然具有较高的光催化活性。实验数据说明该光催化催化过程可分为两个阶段。
　　 3.中空球型纳米Bi2WO6在太阳光下光催化降解罗丹明B:在太阳光照射、进水浓度为10 mg·L-1、pH值为6.0、催化剂加入量为5g·L-1的最佳条件下,反应144min时,罗丹明B的脱色率达到84.9％、TOC去除率达到96.5％,说明在可见光下,该催化剂具有很强的可见光催化活性。通过与活性碳负载型纳米钨酸铋和纯粉体钨酸铋的光催化活性对比发现,三者对罗丹明B的脱色率分别达到84.9％、76.3％和28.2％。这种新型催化剂的催化活性是纯粉体钨酸铋的3倍,与负载型钨酸铋相当。最后推测了反应的机理和产物。