Bi25FeO40及Bi25FeO40-Bi2O3复合光催化剂微波法制备、表征及性能的研究

论文摘要

随着经济的快速发展和科学技术的不断进步,人们对水质和水量需求日益增加,这也加重了环境的负担,水污染越来越严重,光催化材料在解决环境问题方面有重要的应用前景。与传统治理环境的方法相比,光催化材料能将有机污染物分解成二氧化碳和水,具有成本低,高效,不产生二次污染等优点。Bi2O3的带宽为2.85eV,可以在可见光条件下进行光催化降解,是一种重要的半导体光催化剂,故其在光催化领域也有较多的应用,可以用来替代TiO2,有广阔的应用前景。软铋矿Bi25FeO40晶体结构为无对称中心结构,空间点群为I23,其晶体结构中存在的大量缺陷导致其具有非线性光学效应和压电效应,在光传导和可见光催化领域具有良好的应用前景。基于上述原因,本文对Bi25FeO40的微波法制备展开了研究,并研究出了一种Bi25FeO40-Bi2O3复合型催化剂。主要研究内容包括：（1）采用微波快速合成法制备了Bi25Fe040。X-射线衍射（XRD）及红外光谱（IR）表明：当改变铁的投料比为8%和10%时均可得到Bi25FeO40的纯相。由紫外-可见漫反射光谱可以看出,Bi25FeO40的光学直接禁带宽度为2.45eV,与文献中水热法制备的Bi25FeO4o的光学直接禁带宽度是一致的。（2）在微波条件下制备了一种Bi25FeO40-Bi2O3复合型催化剂。用X-射线衍射（XRD）、红外光谱（IR）以及原子吸收法对产物进行表征。结果表明,铁的投料比,NaOH的浓度对产物的组成有很大影响,其中随着铁的投料比的增加,Bi25FeO40在产物中所占的比例逐渐增大,当铁的投料比为10%时,生成了新的杂相Bi24Fe2O39；NaOH的浓度较低时产物中含有的Bi2O3较多,较高浓度时Bi2O3的含量会减少。对产物的光催化活性研究表明,其中铁的投料比为3%,NaOH浓度为0.3 M时制备的产物有最高的光催化活性,此时Bi25Fe04o的质量分数为31.95%。这可能是由于Bi2O3和Bi25FeO40的协同作用提高了其光催化活性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 窄带隙半导体的光催化反应机理
• 1.3 影响窄带隙半导体光催化活性的因素
• 2O₃的结构与性质'>1.4 Bi₂O₃的结构与性质
• 2O₃光催化能力的途径'>1.5 提高Bi₂O₃光催化能力的途径
• 1.5.1 复合催化剂
• 1.5.2 离子掺杂
• 1.5.3 表面光敏化
• 1.5.4 表面螯合和衍生
• 25FeO₄₀材料的国内外研究现状'>1.6 Bi₂₅FeO₄₀材料的国内外研究现状
• 25FeO₄₀材料的国外研究现状'>1.6.1 Bi₂₅FeO₄₀材料的国外研究现状
• 25FeO₄₀材料的国内研究现状'>1.6.2 Bi₂₅FeO₄₀材料的国内研究现状
• 1.7 微波简介
• 1.7.1 微波加热的基本原理
• 1.7.2 微波促进化学反应的机理
• 1.7.3 微波液相合成技术的特点
• 1.7.4 微波的应用
• 1.8 本论文指导思想
• 25FeO₄₀的微波法制备、表征及其光催化性能的研究'>第2章 Bi₂₅FeO₄₀的微波法制备、表征及其光催化性能的研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验药品及仪器
• 25FeO₄₀的微波法制备'>2.1.2 催化剂Bi₂₅FeO₄₀的微波法制备
• 2.2 催化剂结构及其表征
• 2.2.1 样品的结构表征
• 2.2.2 样品的光吸收性能表征
• 2.2.3 光催化实验分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 铁的投料比对产物的影响
• 2.3.2 反应时间对产物的影响
• 2.4 样品的吸收光谱分析
• 2.5 催化剂光催化性能研究
• 2.6 本章小结
• 25FeO₄₀-Bi₂O₃复合型催化剂'>第3章 微波法制备Bi₂₅FeO₄₀-Bi₂O₃复合型催化剂
• 3.1 实验部分
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.2.1 铁的投料比对产物的影响
• 3.2.2 不同氢氧化钠浓度对产物的影响
• 3.2.3 表面活性剂对产物的影响红外图谱表征
• 3.2.4 产物的透射电镜图
• 3.3 催化剂光催化性能研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢