Ag/AgVO3/BiOCl复合材料的制备及其光催化性能研究

摘要

在水体中，有很多类型的污染物可以导致水体污染，例如重金属、有机物（如有机农药、有机染料等）、无机阴离子（如工业废水排放的剧毒氰化物）、石油类污染物、病原体微生物等等。它们或性状稳定，不易降解，或毒性强烈，危害健康，或漂浮在水面上形成阻挡膜，危害水体环境和生物生存。染料具有颜色，进入水体后会造成直观性的危害，使水体透明度降低，影响水生植物的光合作用，并且不利于视觉上的美观。因此，本篇论文将目标对象定位于染料污染物，便于在实验过程中能够直观地从染料的色度深浅来判断光催化降解程度。光催化技术是一种在交界面上进行的微观电子转移活动的技术，能量来自于太阳能。将吸收的太阳光能转化为化学能之后，可以应用于多种环境水体污染物质的降解。
　　在新材料的研究方面，BiOCl和AgVO3作为光催化剂已经在环境修复领域引起了广泛而强烈的关注，掀起了极大的研究热潮。通过大量文献的研究对比，它们在单独存在时的催化效率并不高。本论文将单体的 BiOCl和 Ag/AgVO3进行复合改性，以拓展太阳光波长区的吸收范围、利用BiOCl作为载体引导光生电子与空穴的分离。通过实验结果证明，这种复合方式极大地提高了光催化活性。
　　本文用一种简易温和的超声辅助水热法制备了 Ag/AgVO3/BiOCl复合材料，通过一系列表征手段对样品进行了分析。在亚甲基蓝的降解实验中，本文探究了该复合材料的光催化性能，并通过自由基抑制实验探究了其光催化作用机理。另外，本文还探究了催化剂的投加量对光催化实验结果的影响，进一步分析了银纳米粒子产生的原因以及它在光催化过程中的作用。最后，通过五轮循环实验说明了Ag/AgVO3/BiOCl复合材料良好的可循环性。
　　结论表明， Ag/AgVO3/BiOCl新型复合材料可以作为一种高效的光催化剂应用于可见光条件下降解含有亚甲基蓝染料的废水，并且该复合材料在结构上有了创新，BiOCl展现了一种不同于传统片状结构的新型花状微球结构，复合材料的光学性质和吸收特性也已经发生了变化。BiOCl的质量分数存在一个最佳值5％，可见光照射1小时内，AB5.0复合材料对亚甲基蓝染料的降解率高达93.16%，比同等条件下BiOCl单体的降解率（29.24%）和Ag/AgVO3单体的降解率（37.52%）都高得多。机理实验表明，在光催化反应中，超氧自由基（·O2-）、羟基自由基（·OH）和活性空穴（h+）都参与了反应。
　　金属氧化物与半导体的结合向光催化制剂的改良提供了新思路和新方向， Ag/AgVO3/BiOCl复合材料在废水处理领域将有着巨大的潜能和应用。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 光催化技术概述

1.2 BiOCl半导体

1.3 钒酸银材料(SVOs)

1.4 研究目的及内容

第2章 Ag/AgVO3/BiOCl复合材料的制备

2.1 前言

2.2 实验材料与仪器

2.3 Ag/AgVO3/BiOCl复合材料的制备

2.4 表征手段概述

2.5 光催化条件设置

2.6 本章小结

第3章 Ag/AgVO3/BiOCl的表征结果及讨论

3.1 前言

3.2 催化剂晶相结构表征

3.3 电子显微镜表征

3.4 X射线光电子能谱分析

3.5 紫外-可见漫反射光谱分析

3.6 N2吸附-脱附及比表面积分析

3.7 荧光光谱分析

3.8 本章小结

第4章 Ag/AgVO3/BiOCl的光催化降解实验

4.1 前言

4.2 暗反应吸附实验

4.3 可见光催化实验

4.4 动力学研究

4.5 吸收光谱变化情况

4.6 光催化活性浅析

4.7 本章小结

第5章 光催化机理研究

5.1 边带位置计算

5.2 自由基抑制实验

5.3 银纳米粒子的作用

5.4 光催化性能的影响因素

5.5 催化剂的稳定性评价

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录

附录B 攻读硕士学位期间参与的科研项目

致谢