Bi2O3-Bi2WO6纳米复合物的制备及其光催化降解甲苯的研究 - 图文

Ｂｉ２０３／Ｂｉ２Ｗ０６纳米复合物的制备及其光催化降解甲苯的研究吸附平衡后，打开氙灯，并用滤波片滤掉４００ｎｒｎ以下的紫外光，然后进行可见光照射的光催化反应。并且同时进行连续红外光谱扫描，每５ｍｉｎ一次，对甲苯的降解情况可以通过观测分析反应系统的谱峰变化而了解。当谱峰没有明显的变化时即表明此时反应非常缓慢，关闭氙灯停止反应。ＶｉｓｉｂｌｅＬｉｇｈｔ乞￡＝三＝＝＝＝＝＝：＝墨。ｊ图４．１光催化反应装置示意图哺副Ｆｉｇ．４．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ【５５】ｏｆｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｓｙｓｔｅｍｓｅｔｕｐ（５）数据处理原位红外技术即利用傅里变换叶红外光谱仪对光催化降解甲苯进行实时监测，它工作的原理如本文第二章。但是在对获得的红外光谱进行数据处理时，依据是朗伯比尔定律：Ａ＝ＫＣ，（４—１）式中，Ａ指的是吸光度，Ｃ是浓度，Ｋ为常数。在对甲苯的降解率进行计算时，根据式（４—１）计算每个时间点的甲苯的浓度，其中常数Ｋ的选择是通过绘制标准曲线获得。通过取不同浓度的甲苯注入反应装置，同样用原位红外分别测甲苯特征峰３０３９ｃｍ’１处的吸光度制得了标准曲线。大连理工大学专业学位硕士学位论文降解率图是用时间ｈ和ｃ／印分别作为横纵坐标绘制的曲线，其中Ｃ为某一时刻的甲苯的浓度，ＣＤ是甲苯的初始浓度。４．３催化剂对甲苯的光催化降解性能比较４．３．１光催化效率分析图４．２所制备样品对甲苯的降解率图Ｆｉｇ．４．２ＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｔｏｌｕｅｎｅｏｖｅｒｔｈｅｐｒｅｐａｒｅｄｃａｔａｌｙｓｔＳｕｎｄｅｒｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔ图４．２是所制备的样品在可见光照射下对甲苯的降解效率。跟参照实验相比（没有催化剂存在时），催化剂对甲苯的光催化有了很大的提高，意味着催化剂确实对光降解反应起着重要的作用。此外，从图中四个样品的催化效率分析认为所制备的催化剂的Ｂｉ—Ｗ比对催化剂的活性有着重要的影响。其中样品Ｓ３（原料Ｂｉ：Ｗ＝２．８：１，Ｂｉ２０３／Ｂｉ２Ｗ０６异质结）活性最大，可以在５小时内对甲苯的降解效率达到９０％，比样品Ｓ１（Ｂｉ２Ｗ０６）在５小时内的降解效率要高出３０％，即Ｓ３对甲苯的降解效率较高。４．３．２结果分析样品Ｓ３之所以有最好的降解效果，原因有：１）它具有比表面积大、空心球形貌；２１形成了合适Ｂｉ．Ｗ比例的ｐ－ｎ异质结。图４－３是合成的Ｂｉ２０３／Ｂｉ２Ｗ０６异质结在可见光照射下对甲苯的机理图：在可见光照射下，Ｂｉ２０３价带的电子被激发后跃迁到导带并向Ｂｉ２Ｗ０６迁移，而Ｂｉ２Ｗ０６价带上的空Ｂｉ２０ｄＢｉ２Ｗ０６纳米复合物的制备及其光催化降解甲苯的研究穴会转移到Ｂｉ２０３的价带上，从而提高了光生电子、空穴的分离效率。这种电子空穴分离效率的提高也可以从前面的ＰＬ表征谱图上得到了证实。ｐ－ｎ异质结有利于催化剂表面电子、空穴的分离、转移等。另外催化剂表面的光生空穴可以与空气中的Ｈ２０反应生成了?ＯＨ，而?ＯＨ可以氧化吸附在催化剂表面上的甲苯，从而可以促进了催化剂的作用［６９１。所以Ｂｉ２０３／Ｂｉ２Ｗ０６异质结的光催化活性要高于单纯的Ｂｉ２Ｗ０６催化剂的活性，这个可以从图４．２的对甲苯的降解率图中得到证实。而对于Ｂｉ２０３／Ｂｉ２Ｗ０６异质结，Ｂｉ—Ｗ对催化剂的活性有着重要的影响，因为当Ｂｉ２０３负载不足和负载过量都会影响光生电子、空穴的分离效率。图中Ｂｉ２０３和Ｂｉ２Ｗ０６的导带底、价带顶相对于ＮＨＥ分别是：Ｏ．１１、２．８６ｅＶ［６９１和０．２４、２．９４ｅＶ［７０Ｉ。一ｌｊ２一１）ｌｌＩ。１．｛｝÷２《｝÷ｊ．（｝÷４ｆ）图４．３Ｂｉ。０。／Ｂｉ。ＷＯ。异质结降解甲苯机理图Ｆｉｇ．４．３ＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｏｆｔｏｌｕｅｎｅｂｙＢｉ２０ｓ／Ｂｉ２Ｗ０６ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ４．４光催化降解甲苯产物的分析图４．４为样品Ｓ３在可见光照射下对甲苯降解的红外全谱图。从图中可以直观地看出峰强度的减弱和增强。其中对于甲苯特征峰的减弱是表明底物甲苯被降解，而增强的新生成的峰是表面中间产物或者终产物的生成。图４．５是波数在４０００．２５００ｃｍ’１范围内的甲苯降解红外谱图。其中３０７８、３０３９ｃｍｌ位置处的峰归属于甲苯芳环的Ｃ．Ｈ伸缩振动。在２９３５，２８７８ｃｍ。１处的峰是甲苯基团的对称和反对称的Ｃ．Ｈ伸缩振动峰。大连理工大学专业学位硕士学位论文Ｗａ、ｒｅｌｌＬＩｍｂｅｒ（ｃｍ’１）图４．４样品Ｓ３（Ｂｉ。０。／Ｂｉ。ｗ０６，原料中Ｂｉ：ｗ＝２．８：１）在可见光照射下降解甲苯的ＦＴＩＲ全谱图Ｆｉｇ．４．４ＴｈｅｗｈｏｌｅＦＴＩＲｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｏｌｕｅｎｅｐｈｏｔｏ—ｄｅｇｒａｄｍｉｏｎｂｙｓａｍｐｌｅ２．８：１ｉｎｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓｌｕｎｄｅｒｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔＳ３（Ｂｉ２０３／Ｂｉ２Ｗ０６，Ｂｉ：Ｗ２Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ（ｃｍ。）图４．５样品Ｓ３（Ｂｉ：０。／Ｂｉ。ｗ０６，原料中Ｂｉ：ｗ＝２．８：１）在可见光照射下降解甲苯的ＦＴＩＲ谱图（４０００—２５００ｃｍ。１）Ｆ培４．５ＴｈｅＦＴＩＲｓｐｅｃｔｒａ（４０００．２５００ｃｍ。１）ｏｆｔｏｌｕｅｎｅ（Ｂｉ２０ＪＢｉ２Ｗ０６，Ｂｉ：Ｗ＝２．８：１ｉｎｒａｗｐｈｏｔｏ—ｄｅｇｒａｄｍｉｏｎｂｙｓａｍｐｌｅＳ３ｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔｍａｔｅｒｉａｌｓ）ｕｎｄｅｒ３３—