BiOBr复合材料制备及其光催化降解有机污染物性能研究

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随着社会经济的发展,水体污染日益严重,大量有毒有害的有机污染物排放到水环境中,严重影响着人类身体健康和生存环境。作为一种绿色高效去除水中有机污染物的技术,光催化具有反应条件温和、操作简便、可重复利用和不易造成二次污染等优点。溴氧化铋(BiOBr)不仅可以响应太阳光,而且具有良好的稳定性,是一种应用潜力巨大的光催化剂。然而,未经修饰的BiOBr只能响应部分可见光,而且光生电子和空穴的复合率偏高,导致其光催化活性降低,严重限制BiOBr推广应用。为了提高BiOBr的光催化活性,本文采用溶剂热法制备了BiOBr复合材料,并利用一系列表征技术对所制备的BiOBr复合材料进行物相组成、微观形貌和光学性能等分析,并研究了BiOBr复合材料对水中有机污染物的降解效果及降解机理,主要研究结果如下:(1)通过溶剂热法合成了BiOBr/PVP/Zn2+复合材料,在可见光下(λ=420nm)光催化降解罗丹明B。实验结果表明,BiOBr/PVP/Zn2+复合材料光催化活性明显高于未经修饰的BiOBr,当Zn2+/BiOBr的摩尔含量为4%时,BiOBr/PVP/Zn2+复合材料表现出最高的光催化活性,并且具有良好的稳定性。通过一系列表征技术分析,加入PVP能显著增大复合材料的比表面积,进而提高其吸附性能,适量Zn2+的掺杂可以使复合材料吸收可见光的能力增强,有效降低了复合材料的光生电子和空穴的复合率,从而提高其光催化性能。(2)通过溶剂热法制备了BiOBr/Bi2WO6复合材料,在可见光下(λ=420 nm)光催化降解盐酸四环素。实验结果表明,BiOBr/Bi2WO6复合材料光催化活性明显高于纯BiOBr和纯Bi2WO6,当Bi2WO6/BiOBr摩尔含量为30%时,BiOBr/Bi2WO6复合材料表现出最高的光催化活性,并且具有良好的稳定性。此外,在光催化过程中添加H2O2后,BiOBr/Bi2WO6复合材料的光催化活性进一步增强。通过一系列表征技术分析,BiOBr/Bi2WO6复合材料降低了光生电子和空穴的复合率。在光催化过程中添加H2O2后,H2O2与e-的结合不仅降低了复合材料光生电子和空穴的复合率,而且反应生成?OH,两者都能提高复合材料的光催化活性。(3)通过溶剂热法制备了BiOBr/MIL-100(Fe)复合材料,在可见光下(λ=420nm)光催化降解左氧氟沙星。实验结果表明,BiOBr/MIL-100(Fe)复合材料光催化活性明显高于纯BiOBr和纯MIL-100(Fe),当BiOBr/MIL-100(Fe)摩尔含量为60%时,复合材料表现出最高的光催化活性,并且具有良好的稳定性。此外,在光催化过程中添加H2O2后,BiOBr/MIL-100(Fe)复合材料的光催化活性进一步增强。表征分析技术及实验数据表明,BiOBr/MIL-100(Fe)复合材料降低了光生电子和空穴的复合率。H2O2的辅助,不仅降低了复合材料光生电子和空穴的复合率,还反应生成?OH,从而提高其光催化活性。此外,Fe3+与H2O2反应生成?OH,进一步提高复合材料的光催化活性。
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