BiOI光催化剂对亚甲基蓝降解性能研究

四川理工学院毕业论文

BiOI光催化剂对亚甲基蓝

降解性能研究

学 生：闫登云 学 号：09131010220 专 业：环境工程

班 级：环境工程2009.2班 指导老师：袁东

四川理工学院材料与化学工程学院

二〇一三年六月

四川理工学院毕业论文 中文摘要

BiOI光催化剂对亚甲基蓝降解性能研究

摘要

近年来，光催化技术在治理有机物污染方面发展迅速。卤氧化铋 BiOX （X= F，Cl，Br，I）作为一类新型的光催化剂，由于具有特殊的层状结构和内部电场，能够有效地实现光生电子-空穴对的分离，从而显示出优异的光催化性能。其中，BiOX 的带隙随X从Cl到I逐渐减小，BiOI具有最小的带隙，呈现出极佳的可见光光催化活性。

本文以KI和Bi（NO3）3·5H2O为原料，用溶剂热法在水热反应釜中反应合成BiOI。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等方法对合成的光催化剂进行表征，对合成样品的组成、结构与光催化性能之间的关系进行了研究。并以亚甲基蓝为模型化合物，在可见光下对不同条件下的BiOI光催化活性进行了研究。

关键词：光催化；可见光；BiOI；亚甲基蓝

I

四川理工学院毕业论文 英文摘要

Synthesis of Bismuth BIOI Based Photocatalysts and Study on the Photocatalytic Activities

Abstract

In recent years，various advanced oxidation processes（AOPs）have been developed rapidly in treating of wastewater. Recently，bismuth oxyhalides（BiOX，X = F，Cl，Br and I）have drawn much attention because of their possessing unique structure of alternate [Bi2O2]2+sheets with the X-slabs and the internal electric fields between positive slabs and anionic slabs， which are more effective in improving the separation of photoinduced electron-hole pairs，and therefore have demonstrated excellent photocatalytic activities and are offering a new family of promising photocatalysts. Among them，BiOI has the strongest absorption in the visible light region because it has the smallest band gap（1.8 eV）. Herein，BiOI can also be used as a new research direction in environmental remediation.

A general one-pot solvothermal process was explored to prepare BiOI powders by employing ethylene glycol as the solvent.The prepared samples were characterized by XRD，SEM to investigate the structure，morphology，photocatalytic activity and the photocatalytic mechanism of photocatalysts. The photocatalytic mechanism for MB degradation by BiOI under visible light irradiation was also presented.

Keywords: photocatalysis; visible light; BiOI; methylene blue

II

四川理工学院毕业论文 目录

目录

1绪论 ............................................................................................................................................ 1

1.1半导体光催化研究背景 ..................................................................................................... 1 1.2半导体光催化作用机理 ..................................................................................................... 2

1.2.1能带理论 .................................................................................................................. 2 1.2.2光催化机理 .............................................................................................................. 2 1.3影响半导体光催化活性的主要因素 ................................................................................. 5

1.3.1半导体能带结构对催化剂活性的影响 .................................................................. 5 1.3.2晶体尺寸和比表面积对光催化活性的影响 .......................................................... 5 1.3.3晶体缺陷对光催化活性的影响 .............................................................................. 5 1.4 BiOX（X = Cl，Br，I）光催化剂 .................................................................................. 6 1.5本课题研究的主要内容 ..................................................................................................... 7

2实验部分 ................................................................................................................................. 8

2.1实验主要仪器及试剂 ......................................................................................................... 8

2.1.1实验主要仪器 .......................................................................................................... 8 2.1.2实验主要试剂 .......................................................................................................... 8 2.2 BiOI光催化剂样品的制备 ............................................................................................... 9 2.3 BiOI光催化剂样品的表征 ............................................................................................... 9

2.3.1 X射线衍射测试 ...................................................................................................... 9 2.3.2扫描电子显微镜 ...................................................................................................... 9 2.4 BiOI光催化剂对亚甲基蓝的降解 ................................................................................. 10

3结果与讨论 .......................................................................................................................... 13

3.1 BiOI的表征 ..................................................................................................................... 13

3.1.1 BiOI样品的XRD分析 ........................................................................................ 13 3.1.2 BiOI样品的SEM分析 ......................................................................................... 14 3.2 BiOI光催化剂对亚甲基蓝的降解 ................................................................................. 14

3.2.1亚甲基蓝初始浓度的影响 .................................................................................... 14 3.2.2可见光下BiOI催化剂投加量对降解率的影响 .................................................. 15 3.2.3可见光下光照时间对降解率的影响 .................................................................... 17 3.2.4催化剂的循环使用对光降解率的影响 ................................................................ 18

4结论与展望 .......................................................................................................................... 19

4.1结论 ................................................................................................................................... 19

III

四川理工学院毕业论文 目录

4.2展望 ................................................................................................................................... 19

参考文献 ................................................................................................................................... 21 致谢 .............................................................................................................................................. 23 附录 .............................................................................................................................................. 24

IV

四川理工学院毕业论文 参考文献

参考文献

[1] 张溪.TiO2纳米管阵列的表面改性及其光电催化降解亚甲基蓝的研究[D].桂林理工大学，

2011：4-5.

[2] 李煜光.聚合物中纳米硫化物的制备及其光催化二氧化碳还原反应的性能研究[D].上海

大学，2006：1-4.

[3] 翁秀兰.金属掺杂磷铝分子筛的制备及其光催化性能研究[D].福建师范大学，2006：3-4. [4] 夏炎.纳米TiO2电催化降解亚甲基蓝的研究[D].东北大学，2005：1-5.

[5] 姜大为.新型光催化材料的制备及其用于环境污染物降解的研究[D].华东师范大学，

2012：1-2.

[6] Henle J，Simon P， Frenzel A，et al. Nanosized BiOX（X=Cl，Br，I） particles synt

-hesized in reverse microemulsions[J]. Chem Mater，2007，19:366-373.

[7] Zhang X，Ai Z H，Jia F L，et al. Generalized one-potsynthesis，characterization，and

photocatalytic activity of hierarchical BiOX（X=Cl，Br，I）nanoplate microspheres[J]. J Phys Chem C，2008，112:747-753.

[8] 尹雪云.纳米光催化技术在室内空气净化器中的应用研究[D].北京工业大学，2003：4-12. [9] 何铁石.半导体-氟碳聚合物电纺纤维复合材料的制备及其光催化性能研究[D].合肥农业大学，2009：1-10.

[10] 马育栋.新型纳米光催化材料的研究进展[J].济宁学院学报，2008，29（3）：18-20. [11] 刘守新，刘鸿.光催化及光电催化基础与应用[M].材料科学与工程出版中心，2005． [12] 舒心.钛基复合光催化材料的制备及性能研究[D].北京化工大学，2009：9-13. [13] 王春英.铋钨氧化物的制备及其在模拟太阳光下催化降解典型内分泌干扰物的研究[D].

南开大学，2011：12-14.

[14] 丁建军.可见光响应型光催化剂的制备、结构和性能研究[D].中国科学技术大学，2009：

9-15.

[15] 孟雪.规整形貌或多孔BiVO4的水热合成及光催化性能研究[D].北京工业大学，2010：

4-9.

[16] 贾志方.新型可见光催化剂的制备及其光催化性能的研究[D].天津大学，2011：1-2. [17] Hoffmann M R，Martin S T，et al.Environmental Applications of Semiconduction pho

-tocatalysis[J]. Chem Rev，1995，95（1）: 69-96.

[18] 肖鹏，李露，卢露等.碳掺杂TiO2纳米管列阵的制备及其光催化性能的研究[J].材料导

报，2010，24（4）：19-21.

[19] 李春红.掺杂TiO2纳米薄膜光催化抗菌性能及应用研究[D].山东轻工学院，2006：4-8.

21

四川理工学院毕业论文 参考文献

[20] 章强.BiVO4和Bi2O3/BiVO4光催化剂的制备、表征及其催化性能[D].湖南大学，2012：

6-9.

[21] Zhang K L, Liu C M, Huang F Q, et al. Study of the electronic structure and photo

-catalytic activity of the BiOCl photocatalyst. Applied Catalysis B: Environmental, 2006, 68(3-4): 125-129.

[22] 戈磊，张宪华.微乳液法合成新型可见光催化剂Bi2WO6及其光催化性能[J].硅酸盐学报，

2010，38（3）: 457-462.

[23] 陈渊，杨家添，刘国聪等.水热法制备BiVO4及其可见光催化降解糖蜜酒精废水[J].环境

科学学报，2011，31（5）: 971-978.

[24] 王克伟.碘化氧铋BiOI纳米片状阵列的合成及其应用研究[D].华中师范大学，2012：

20-22.

[25] 王旭.碘氧化铋基光催化材料的制备及光降解性能研究[D].哈尔滨工业大学，2012：3-4. [26] 张文宝.光催化技术研究进展[J].阜阳师范学院学报（自然科学版），2005，22（2）：

34-37.

[27] 李天佑.BiOCl/BiOI复合半导体的水热合成及其光催化性能研究[D].哈尔滨工业大学，

2011：5-7.

[28] 黄倩倩.铋系纳米光催化剂的制备、表征及光催化性能研究[D].南京师范大学，2011：

19-20.

[29] 张苏宁.三氧化二铋的制备、表征及光催化性能研究[D].南京师范大学，2010：10-15. [30] 张喜.新型卤化氧铋BiOX（X=Cl、Br、I）光催化剂的合成、表征及催化性能研究[D].

华中师范大学，2010：119-122.

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四川理工学院毕业论文 致谢

致谢

本论文工作是在导师袁东教授的悉心指导和严格要求下完成的，其中倾注了导师大量的心血。从开始进入课题到论文的顺利完成，正是由于导师的帮助和支持，我才能克服一个又一个的困难和疑惑，直至本论文的顺利完成。鲜花感恩雨露，因为雨露滋润它成长；苍鹰感恩长空，因为长空让它飞翔；高山感恩大地，因为大地让它高耸；我感恩，很多很多的人，但我更要感谢我的导师。

本论文的工作还得到了桂明生老师、王鹏飞老师的大力支持，他们也给予了我很多帮助。在学习期间，得到了课题组诸位同学的无私帮助和大力支持，在此向所有帮助过我的老师和同学表示深深的谢意!

感谢四年来在生活和学习上关心帮助我的所有同学！

感谢我的家人和亲友一直以来对我的无私奉献与殷切关怀，家人的付出与期望，也将是我努力和奋斗的动力！

最后，感谢四川理工学院，在这充满生机和活力的理工，我不断地成长，收获知识和友谊，愿理工的明天会更好!

闫登云

2013年6月于自贡

23

四川理工学院毕业论文 附录

附录

附表1 亚甲基蓝初始浓度的影响 光照时间t/h

—— 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

附表2 催化剂投加量的影响 光照时间t/h

—— 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

不同催化剂浓度的吸光度A（亚甲基蓝浓度为40mg/L） 0.5g/L 2.003 1.962 1.872 1.884 1.860 1.790 1.568

1.0g/L 0.698 0.335 0.155 0.053 0.026 0.004 0.005 24

不同亚甲基蓝浓度的吸光度A（催化剂浓度为1.0g/L） 30mg/L 0.110 0.025 0.019 0.011 0.007 0.004 0.001

40mg/L 0.698 0.335 0.155 0.053 0.026 0.004 0.005

50mg/L 1.992 0.695 1.594 1.228 1.088 0.780 0.744

60mg/L 1.926 1.690 1.625 1.360 1.093 0.893 0.881

1.5g/L 0.199 0.074 0.046 0.024 0.008 0.003 0.004

2.0g/L 0.186 0.056 0.037 0.013 0.006 0.002 0.003

四川理工学院毕业论文

附表3 可见光下光照时间的影响

光照时间t/h

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

附录

吸光度A（亚甲基蓝浓度为40mg/L，催化剂浓度为1.0g/L）

0.698 0.335 0.155 0.053 0.026 0.004 0.005 0.013 0.006

附表4 催化剂循环使用对降解率的影响

循环使用次数

1 2 3 4

初始吸光度A0

0.786 0.932 1.542 1.945

光照3h吸光度At

0.019 0.089 0.2921 0.7001

降解率D%

97.5 90.45 81.06 64.01

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2vb7.html