中空球型纳米Bi2WO6的制备及光催化降解水中有机污染物的研究

论文摘要

纳米钨酸铋（Bi2WO6）具有紫外光与可见光催化活性,是一种新型光催化剂,在难降解有机废水处理中极具开发应用前景。本文利用超声波分散法成功制备出了新型中空球型纳米Bi2WO6光催化剂。通过X射线衍射仪（XRD）、电子扫描电镜（SEM）和透射式电子显微镜（TEM）等手段对其晶型、粒径、表面形貌等进行了表征。以脱色率（降解率）和TOC的去除率为评价指标,系统研究了该催化剂在紫外光照射下对亚甲基蓝染料、在太阳光照射下对罗丹明B染料的光催化降解性能和操作条件,从而为中空球型纳米Bi2WO6光催化剂的制备和在难降解染料废水实际处理工程中的应用提供了理论依据。研究结果表明:1.中空球型纳米Bi2WO6光催化剂的制备与表征:采用以葡萄糖制备的碳纳米球作为模板,以Bi（NO3）3·5H2O和Na2WO4·2H2O为原料,在初始反应物硝酸铋与碳纳米球的质量比为20:1的条件下,利用超声波分散法,得到纳米碳为核的Bi2WO6前驱体,而后经500℃高温焙烧3h,制备出了中空球型纳米Bi2WO6光催化剂。通过对该催化剂进行XRD、SEM和TEM图谱分析可知:制备出的纳米Bi2WO6光催化剂产品属于钨铋矿;形状为球形分散颗粒,粒径为200～350nm;构型为空心球型,空心球的球面厚度约为20nm。2.中空球型纳米Bi2WO6在紫外光下光催化降解亚甲基蓝:在紫外光照射、进水浓度为100 mg·L-1、pH值为6.0、催化剂加入量为1g·L-1的最佳条件下,反应80min时,亚甲基蓝的脱色率达到80%、TOC去除率达到70%。回收再生（500℃下焙烧1h）的催化剂仍然具有较高的光催化活性。实验数据说明该光催化催化过程可分为两个阶段。3.中空球型纳米Bi2WO6在太阳光下光催化降解罗丹明B:在太阳光照射、进水浓度为10 mg·L-1、pH值为6.0、催化剂加入量为5g·L-1的最佳条件下,反应144min时,罗丹明B的脱色率达到84.9%、TOC去除率达到96.5%,说明在可见光下,该催化剂具有很强的可见光催化活性。通过与活性碳负载型纳米钨酸铋和纯粉体钨酸铋的光催化活性对比发现,三者对罗丹明B的脱色率分别达到84.9%、76.3%和28.2%。这种新型催化剂的催化活性是纯粉体钨酸铋的3倍,与负载型钨酸铋相当。最后推测了反应的机理和产物。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 半导体纳米光催化技术概述
• 1.2.1 半导体纳米材料的基本理化性质
• 1.2.2 半导体纳米材料的光催化性能研究
• 1.2.3 纳米光催化材料的催化机理
• 1.2.4 纳米光催化剂催化活性影响因素
• 1.3 纳米光催化剂光催化活性的提高方法
• 1.3.1 光敏化处理
• 1.3.2 金属离子掺杂
• 1.3.3 两种或者多种纳米催化剂的复合
• 1.3.4 贵金属沉积和非金属摻杂
• 2WO₆结构和用途'>1.4 Bi₂WO₆结构和用途
• 2WO₆的制备方法'>1.5 纳米Bi₂WO₆的制备方法
• 1.5.1 液相沉淀法制备
• 1.5.2 超声波合成
• 1.5.3 水热法制备
• 1.5.4 微波合成
• 1.6 光催化降解实际难处理废水的研究现状
• 1.6.1 染料废水降解
• 1.6.2 农药残留物降解
• 1.6.3 酚类废水处理
• 1.6.4 表面活性剂降解
• 1.6.5 卤化物分解
• 1.6.6 含油废水去除
• 1.6.7 医药废水的降解
• 1.7 研究目的和意义
• 第二章 实验内容与研究方法
• 2.1 研究内容
• 2.2 实验仪器与药品
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验药品
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 纳米光催化剂的表征
• 2.3.2 纳米光催化反应的光源
• 2.3.3 纳米光催化反应体系
• 2.3.4 光催化反应的实验方法
• 2.3.5 纳米光催化剂降解效果的评价
• 2WO₆光催化剂的制备与表征'>第三章 中空球型纳米Bi₂WO₆光催化剂的制备与表征
• 3.1 引言
• 2WO₆ 的制备'>3.2 中空球型纳米Bi₂WO₆的制备
• 3.2.1 纳米碳球模板的制备
• 2WO₆'>3.2.2 超声波法制备纳米Bi₂WO₆
• 2WO₆ 的表征方法'>3.2.3 纳米Bi₂WO₆的表征方法
• 3.3 结果与讨论
• 2WO₆ 的XRD 图谱分析'>3.3.1 纳米Bi₂WO₆ 的XRD 图谱分析
• 2WO₆ 的SEM 图谱分析'>3.3.2 纳米Bi₂WO₆ 的SEM 图谱分析
• 2WO₆ 的TEM 图谱分析'>3.3.3 纳米Bi₂WO₆ 的TEM 图谱分析
• 3.4 本章小结
• 2WO₆在紫外光下降解亚甲基蓝染料'>第四章 中空球型纳米Bi₂WO₆在紫外光下降解亚甲基蓝染料
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 废水水质
• 2WO₆ 光催化降解亚甲基蓝流化床实验'>4.2.2 纳米Bi₂WO₆光催化降解亚甲基蓝流化床实验
• 4.2.3 亚甲基蓝降解效率的分析方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 纳米催化剂对亚甲基蓝的脱色率
• 4.3.2 纳米催化剂对亚甲基蓝的TOC 去除率
• 4.3.3 纳米催化剂投加量对光催化实验的影响
• 4.3.4 亚甲基蓝初始浓度对体系降解率的影响
• 2WO₆ 光催化剂的再循环'>4.3.5 纳米Bi₂WO₆光催化剂的再循环
• 4.4 本章小结
• 2WO₆在太阳光下降解罗丹明B 染料'>第五章 中空球型纳米Bi₂WO₆在太阳光下降解罗丹明B 染料
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 废水水质
• 2WO₆ 太阳光光催化罗丹明B 实验'>5.2.2 纳米Bi₂WO₆ 太阳光光催化罗丹明B 实验
• 5.2.3 罗丹明B 降解效率的分析方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 纳米催化剂在太阳光下对罗丹明B 的脱色率
• 5.3.2 纳米催化剂对罗丹明B 的TOC 去除率
• 5.3.3 纳米催化剂投加量对光催化实验的影响
• 5.3.4 罗丹明B 初始浓度对体系降解率的影响
• 2WO₆ 光催化剂的可见光实验中的再循环'>5.3.5 纳米Bi₂WO₆光催化剂的可见光实验中的再循环
• 2WO₆ 光催化剂与其他同类催化剂性能的比较'>5.3.6 纳米Bi₂WO₆光催化剂与其他同类催化剂性能的比较
• 2WO₆ 光催化降解罗丹明B 机理的推测'>5.3.7 纳米Bi₂WO₆ 光催化降解罗丹明B 机理的推测
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 主要创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文