可见光下降解有机污染物的碳改性BiVO4催化剂研究

摘要

针对近年来水中有机污染物带来的严重环境问题，结合BiVO4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BiVO4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BiVO4。通过表征发现，碳的负载没有改变BiVO4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。BiVO4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0.5wt.％时活性最高，苯酚去除率达88.7%。
　　考察了原位碳改性BiVO4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，BiVO4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BiVO4。表征结果显示，石墨烯的负载没有改变BiVO4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0.5wt.%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，BiVO4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2.0wt.%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0.5wt.%时活性最高，苯酚去除率达65.2%。
　　以电子捕获剂KBrO3协同筛选出的最优催化剂降解苯酚，当催化剂投加量为1g/L、pH值为3、KBrO3投加量为25mmol/L时的降解率最高，氙灯下照射5小时后初始浓度为1000mg/L苯酚的去除率达52.3%，而在太阳光照射下去除率为47.6%。

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景

1.2 光催化降解有机废水的研究现状

1.3 BiVO4的研究现状

1.4 课题研究的目的和意义

1.5 课题研究内容及技术路线

第2章 实验材料与方法

2.1 实验试剂

2.2 实验仪器及装置

2.3 实验方法

第3章 原位碳改性BiVO4光催化降解苯酚

3.1 碳源及载量影响的表征分析

3.2 煅烧温度影响的表征分析

3.3 原位碳改性BiVO4的光催化活性

3.4 本章小结

第4章 石墨烯改性BiVO4光催化降解苯酚

4.1 石墨烯尺寸影响的表征分析

4.2 石墨烯载量影响的表征分析

4.3 石墨烯改性BiVO4的光催化活性

4.4 本章小结

第5章 KBrO3协同碳改性BiVO4光催化降解苯酚

5.1 KBrO3与碳改性BiVO4的协同活性

5.2 协同光催化活性影响因素

5.3 太阳光下降解苯酚的活性

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢