BiVO4基复合材料制备及其光催化防污性能研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院海洋研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:abel1500
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生物污损能够引起一系列的经济与安全问题。使用防污涂料是最为常用和有效的措施。而传统防污涂料本身具有很高的生物毒性,给海洋生态系统带来很大的威胁。因此,发展新型的高效且环境友好的防污材料或技术是十分必要的。本文以具有环境友好及具有良好可见光吸收特性的BiVO4为基础材料,通过水热等方法制备了具有不同形貌的BiVO4单体及不同的复合材料,以铜绿假单胞菌作为模式菌评价了所合成样品的光催化防污性能,并阐释了相应的光催化杀菌机理。具体研究工作如下:(1)通过在合成过程中不添加和添加不同的表面活性剂(SDS,PVP,EDTA)合成了不同尺寸及形貌的BiVO4单体半导体材料。通过在可见光下杀灭P.aeruginosa评价所合成的具有不同形貌BiVO4的光催化杀菌性能。结果表明所合成的BiVO4样品均具有光催化杀菌活性,其中具有类葡萄状微观形貌BiVO4表现出最高的光催化杀菌活性,光照120 min杀菌率能够达到99.99%。并进一步通过能带计算和自由基捕获实验等探究BiVO4光催化杀菌防污的机理,结果表明在BiVO4光催化杀菌过程中起主要作用的自由基基团为h+。通过TEM观察光催化杀菌过程中P.aeruginosa细菌形貌变化情况。观察结果表明在BiVO4光催化杀灭P.aeruginosa过程中,h+首先破坏细菌细胞壁,接着引起胞内物质外泄,最终导致细菌死亡。类葡萄状微观形貌的BiVO4在重复使用5次之后光催化活性并未出现显著下降,杀菌率依然能够达到97%以上。重复利用实验结果表明具有类葡萄状微观形貌的BiVO4具有良好的光催化稳定性,在光催化杀菌防污领域具有潜在的应用价值。(2)用共沉淀结合水热的方法制备了一种具有p-n异质结结构的BiOI/BiVO4复合材料,所合成复合材料具有较大的比表面积。通过在可见光光照下光催化杀灭P.aeruginosa评价了所制备复合材料的光催化杀菌防污活性。结果表明,p-n异质结结构的形成极大的提高了复合材料的光催化降解及杀菌性能。30%BiOI/BiVO4复合材料光照120 min对P.aeruginosa的光催化杀菌率能够达到99.99%。自由基捕获实验结果显示在BiOI/BiVO4异质结光催化杀菌过程中起主要作用的自由基基团为×O2-和h+。5轮杀菌实验结束后,杀菌率依然能够达到95%以上,结果表明所合成的BiOI/BiVO4复合材料具有良好的光催化杀菌稳定性。(3)采用水热法合成具有n-n同型异质结结构AgI/BiVO4复合材料,并通过在可见光光照下光催化杀灭P.aeruginosa评价了其光催化性能。结果表明AgI自身的光敏化特性及其自身的抑菌特性极大的提高了复合材料的光催化杀菌性能。所合成复合材料均表现出了较好的光催化降解及光催化杀菌性能。20%AgI/BiVO4表现出了最好的光催化降解及杀菌活性,光照30 min对P.aeruginosa的光催化杀菌率能够达到99.99%。进一步通过透射电镜观察结合能带计算及自由基捕获实验结果阐述了Ag I/BiVO4异质结的光催化防污杀菌机理。透射电镜观察结果表明光催化杀菌过程中,细菌的细胞壁首先破裂,胞内物质外泄,最终细菌死亡;自由基捕获实验结果表明在AgI/BiVO4复合材料杀菌过程中起主要作用的自由基基团为×O2-和h+。5轮杀菌实验结束后,杀菌率依然能够达到97%以上,结果表明所合成的Ag I/BiVO4复合材料具有良好的光催化杀菌稳定性。(4)采用水热法合成了具有p-n异质结结构AgVO3/BiVO4复合材料,通过在可见光光照下光催化杀灭P.aeruginosa评价了其光催化防污杀菌性能,结果表明所合成的复合材料均具有比较好的光催化杀菌活性。所合成样品中,20%AgVO3/BiVO4复合材料表现出了最高的光催化杀菌活性,光照30 min杀菌率能够达到99.99%,远高于单体β-AgVO3(61%)和BiVO4(26%)。进一步能带计算及自由基捕获实验结果阐述了AgVO3/BiVO4异质结的光催化防污杀菌机理。自由基捕获实验结果表明β-AgVO3/BiVO4复合材料在光催化杀菌过程中×O2-和h+是起主要作用的自由基基团。5轮杀菌实验结束后,杀菌率依然能够达到96%以上,结果表明所合成的β-AgVO3/BiVO4复合材料具有良好的光催化杀菌稳定性。
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