SrBiO与SrBiO的制备、掺Ni改性及其光催化降解酸性红G的研究

摘要

环境污染和能源短缺是当今社会面临的两大问题，如何有效地解决这两大问题是众多科学工作者努力工作的方向。在众多的半导体光催化剂材料中，TiO<,2>以其强氧化性、光诱导超亲水性、无毒性和长期稳定性在净化环境方面表现出重要的应用前景。然而，TiO<,2>光催化材料因其光生电子-空穴对复合几率较高，禁带宽度较大等不利条件严重阻碍了其在光催化氧化技术领域中的推广应用。近年来，为了解决这个问题，有不少研究者提出Bi<,2>InNbO<,7>、Bi<,4>Ti<,3>O<,12>、Bi<,2>Ti<,2>O<,7>、Bi<,12>TiO<,20>、Bi<,2>WO<,6>和BiVO<,4>等含Bi的金属复合氧化物等新型光催化剂。然而，其中一些复合氧化物的制备方法因其本身固有缺陷严重影响了它们的光催化性能。因此，为了制备高活性的光催化材料，本文开展了以下几个方面的研究工作。 以Bi<,2>O<,3>和Sr(NO3)<,2>为原料，采用高温固相法合成Sr<,6>Bi<,2>O<,12-y>和Sr<,10>Bi<,6>O<,24-y>，粉体，并对其进行掺杂Ni的改性研究；通过粉末X射线衍射法(XRD)、紫外．可见漫反射光谱分析(UV-Vis)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对这些复合氧化物的合成、结构及光催化性能进行了较为系统的探讨和研究。 以酸性红G模拟染料废水为对象进行了光催化降解实验，分析考察了催化剂的投加量、反应物的初始浓度等因素对光催化降解的影响。实验研究表明：1、在温度900℃焙烧2h制得的Sr<,10>Bi<,6>IO<,24-y>粉末对于降解浓度为30mg/L染料溶液，2h后的降解率为98.5％，光催化降解率与溶液初始浓度成反比。掺杂较低量的镍能够提高Sr<,10>Bi<,6>O<,24-y>光催化活性，但是当掺镍量较大时，则会使Sr<,10>Bi<,6>O<,24-y>光催化活性急速降低。最佳的掺镍量为0.5 wt.％。2、在温度900℃焙烧6h制得的Sr<,6>Bi<,2>O<,12-y>粉末对于降解浓度为50mg/L染料溶液，2h后的降解率为95.8％，光催化降解率与溶液初始浓度成反比。掺杂较低量的镍能够提高Sr<,6>Bi<,2>O<,12-y>光催化活性，但是当掺镍量较大时，则会使Sr<,6>Bi<,2>O<,12-y>光催化活性急速降低。最佳的掺镍量为0.3 wt.％。 动力学研究表明，本实验条件下，Sr<,6>Bi<,2>O<,12-y>、Sr<,10>Bi<,6>O<,24-y>和掺镍的Sr<,6>Bi<,2>O<,12-y>、Sr<,10>Bi<,6>O<,24-y>光催化降解酸性红G的反应属于一级反应。通过紫外可见光谱分析对Sr<,6>Bi<,2>O<,12-y>、Sr<,10>Bi<,6>O<,24-y>降解酸性红G的机理进行了研究，讨论了其可能的降解机理。对镍在催化中的作用也进行了分析讨论。 本文通过对Sr<,6>Bi<,2>O<,12-y>和Sr<,10>Bi<,6>O<,24-y>粉体，及其掺杂Ni的改性研究，得到了若干尚未见文献报道的结果，为丰富Bi系复合氧化物研究的实验数据以及它们的研究、开发和应用提供了理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1印染废水的来源及特点

1.2染料废水及其处理方法

1.2.1染料的分类

1.2.2染料废水的处理方法

1.3光催化氧化在染料废水处理中的应用

1.3.1光催化氧化反应机理

1.3.2光催化氧化的应用研究

1.3.3应用于染料废水处理中的光催化剂

1.4光催化降解的动力学研究

1.5光催化的应用前景及研究方向

1.6本论文的研究内容及意义

第2章 催化剂的制备及表征

2.1实验部分

2.1.1试剂及实验仪器

2.1.2样品的制备

2.1.3分析方法及表征

2.2结果与讨论

2.2.1粉晶X-射线衍射分析

2.2.2扫描电镜(SEM)分析

2.2.3催化剂的紫外可见漫反射分析

2.2.4 XPS分析

2.3小结

第3章 Sr10Bi6O24-y光催化降解酸性红G的实验研究

3.1实验部分

3.1.1实验仪器

3.1.2实验方法

3.1.3分析方法

3.2结果与讨论

3.2.1酸性红G最大吸收波长的确定

3.2.2酸性红G标准曲线的确定

3.2.3反应条件实验

3.2.4焙烧温度对催化剂活性的影响

3.2.5焙烧时间对催化剂活性的影响

3.2.6催化剂对不同初始浓度的酸性红G溶液的处理能力研究

3.2.8催化剂投加量和脱色率的关系

3.2.9掺杂镍的Sr10Bi6O24-y催化剂活性的研究

3.3小结

第4章 Sr6Bi2O12-y光催化降解酸性红G的实验研究

4.1实验部分

4.1.1实验仪器

4.1.2实验方法

4.1.3分析方法

4.2结果与讨论

4.2.1反应条件实验

4.2.2焙烧温度对催化剂活性的影响

4.2.3焙烧时间对催化剂活性的影响

4.2.4催化剂对不同初始浓度的酸性红G溶液的降解

4.2.5催化剂投加量和脱色率的关系

4.2.6掺杂镍的Sr6Bi2O12-y催化剂活性的研究

4.3小结

第5章 铋酸锶和掺镍的铋酸锶光催化氧化反应级数

5.1实验部分

5.1.1试剂及仪器

5.1.2实验方法

5.1.3分析方法

5.2结果和讨论

5.2.1 Sr10Bi6O24-y及掺镍的Sr10Bi6O24-y光催化降解酸性红G反应级数

5.2.2初始浓度对Sr10Bi6O24-y降解酸性红G降解速率的影响

5.2.3掺镍量对Sr10Bi6O24-y降解酸性红G降解速率的影响

5.2.4 Sr6Bi2O12-y及掺镍的Sr6Bi2O12-y光催化降解酸性红G反应级数

5.2.5初始浓度对Sr6Bi2O12-y光催化降解酸性红G降解速率的影响

5.2.6掺镍量对Sr6Bi2O12-y光催化降解酸性红G降解速率的影响

5.3小结

第6章 铋酸锶和掺镍的铋酸锶光催化降解酸性红G机理初探

6.1实验部分

6.1.1试剂及实验仪器

6.1.2实验方法

6.1.3分析方法

6.2结果与讨论

6.2.1 Sr10Bi6O24-y降解酸性红G溶液的紫外-可见吸收光谱分析

6.2.2 Sr6Bi2O12-y降解酸性红G溶液的紫外-可见吸收光谱分析

6.2.3酸性红G脱色历程

6.2.4镍在光催化反应中的作用

6.3小结

第7章 结论

参考文献

致谢

附录