钼酸铋光催化剂的制备及其光催化性能研究学士学位论文.docx

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钼酸铋光催化剂的制备及其光催化性能研究学士学位论文

安徽工业大学

学士学位论文（设计）

论文题目：

钼酸铋光催化剂的制备及其光催化性能研究

安徽工业大学

毕业设计（论文）任务书

课题名称

钼酸铋光催化剂的制备及其光催化性能研究

学院

材料科学与工程学院

专业班级

姓名

学号

毕业设计（论文）的主要内容:

近几年，光催化已经成为光化学反应的一个前沿领域，在处理各种生物难降解有机废水方面有很广阔的应用前景。

如何制备能响应于太阳光的光催化剂和如何推广其实际应用成为了当今光催化研究的主攻方向。

本文，以硝酸铋和钼酸钠为原料制备钼酸铋光催化剂，以亚甲基蓝染料溶液模拟染料废水，研究钼酸铋光催化剂对染料废水的催化降解效果。

并研究了催化剂量对其光催化降解效果的影响。

指导教师签字：

钼酸铋光催化剂的制备及其光催化性能研究

摘　　要

近几年，光催化已经成为光化学反应的一个前沿领域，在处理各种生物难降解有机废水方面有很广阔的应用前景。

如何制备能响应于太阳光的光催化剂和如何推广其实际应用成为了当今光催化研究的主攻方向。

当前研究主要集中在以下两个方面：

一、探索高比表面积光催化材料的合成方法，提高光催化剂对废水中污染物的吸附能力，从而提高光催化材料对废水中污染物的光催化降解能力。

二、选择合适的且能响应于太阳光的光催化材料，为光催化氧化的实际应用化提供可能。

本论文采用固相法制备了Bi20MoO33光催化材料，并通过XRD，SEM和UV-Vis等测试手段对该光催化剂进行了表征。

结果表明，用该法制备的Bi20MoO33光催化剂在紫外和可见光区均有较强的光吸收性能。

以亚甲基兰作为被降解物质，在太阳光照射下来研究其光催化活性，发现Bi20MoO33对亚甲基兰有较强的降解作用，8h亚甲基兰降解率达到84%。

关键词:

光催化氧化法;钼酸铋;光催化剂;亚甲基蓝

PreparationandPhotocatalyticPropertiesofBismuthMolydatePhotocatalyst

Abstract

Inrecentyears,photocatalysishasbeenaone-upfieldinphotochemistry,andhaswidelyappliedforegroundindisposingorganicwastewater.Now,itisthemajorresearchdirectionhowtosynthesizethesunlight-drivenphotocatalystsandfurtherapplythephotocatalyststothewastewatertreatment.Thecurrentreseachisfocusedonthefollowingtwoaspects:

oneistheexploringsynthesismethodsofphotocatalystswithhighspecificsurfaceareas,andpromotingtheadsorptionpropertiesofthesynthesizedphtocatalysts,andconsequentlypromotingphotocatalyticdegradationactivitiesofthephotocatalystsonthepollutants;andtheotherishowtoselectethesunlight-drivenphotocatalystsandmakeitapplicabletousephotocatalyticoxidationtechniqueinrealwastewatertreatment.

Inthispaper,Bi20MoO33photocatalystsweresuccessfullysynthesizedbythesolid-statereactionmethod,andcharacterizedbytheXRD、SEMandUV-Vistechnologies.TestresultsshowedthatBi20MoO33photocatalysthasstrongphoto-absorptionpropertybothintheUVregionandthevisiblelightregion.ThephotocatalyticactivityofBi20MoO33photocatalysthadbeentestedonthedecomposablesubstratemethyleneblueundersunlightillumination.Testresultsrevealedthatthedegradationratioofmethylenebluewasupto84%through8hundersunlightirradiation,whichmadephotocatalysthavegreatlypotentialapplications.

Keywords:

Photocatalyticoxidation;Bismuthmolybdate;Photocatalysis;Methyleneblue

引　　言

随着社会的快速发展和科技的进步，人类在创造了巨大的财富的同时，也带来了能源危机和环境污染问题。

目前，世界能源主要依赖于不可再生的化石资源，以现有的开采和消费速度，石油和天然气在未来的四十到六十年便消耗殆尽，即使是含量稍多的煤炭资源，也仅能维持二百多年。

解决当前日益严重的能源短缺和环境污染问题是实现经济可持续发展和提高人们生活质量的迫切需要，对环境污染的有效控制与治理已迫在眉睫。

尤其，随着染料和印染工业的飞速发展，染料废水已成环境重点污染源之一。

染料废水是难处理的工业废水之一，具有种类多、色度深、碱性大、有机污染物含量高、排放量大、毒性大、可生化性差等特点。

另外，大多数染料为毒性大且难降解的有机物，其化学稳定性强，具有致癌、致畸、致突变等作用，还严重破坏水体、土壤及生态环境，对人们的生存环境及其身体健康构成了极大的威胁。

因此，开展对染料废水的治理研究具有非常重要的现实意义。

另外，人类能持续找到便宜实惠的新能源来代替旧的能源，是可持续发展的必要条件。

其关键在于技术的进步，将人们原本不知如何利用的能源、资源，便宜地转换成可利用的能源资源。

从能源的来源考虑，化石能源、水能、风能等主要来自于太阳，而化石能源面临枯竭，太阳能对短暂的人类历史则是取之不尽用之不竭的。

20世纪70年代以来，太阳能科技突飞猛进，太阳能的直接利用日新月异。

如果能利用绿色的取之不尽的太阳能解决当前的能源短缺问题，同时不对环境产生二次污染，且可对已有污染进行降解，那将是人类面临的完美选择。

半导体光催化氧化技术由于其在解决能源和环境问题方面的重大应用前景引起了广大科学研究者的广泛兴趣。

因此，利用自然的太阳能，制备能影响于太阳光的光催化剂，对现有环境污染进行治理，进行废物再利用，既节约了能源，又减少了环境污染具有很重要的现实意义。

1文献综述

1.1光催化研究背景

科技的迅猛发展极大地推进了人类社会的物质文明，也给地球环境带来了破坏性的污染。

环境污染不但严重影响人类的身体健康，也给社会带来了难以估量的经济损失，环境污染的控制与治理是人类二十一世纪面临和等待解决的重大课题。

然而，在众多的环境污染中水体污染越来越严重。

众所周知，水是人类生存必不可少的一个重要因素。

随着世界人口的增多，工农业的急剧发展，工业废水、生活垃圾对水体的破坏和污染也日益严重，人类本已经有限的淡水资源受到日益严重的污染，水资源危机正在困扰制约着许多国家和地区社会经济的可持续发展，清除水体中的有毒有害化学物质，如有机化学品、农药、表面活性剂等已经成为环保领域的一项重要工作。

根据污染物在水处理过程中的变化特征，可将废水处理技术分为三种类型，即分离处理、转化处理、稀释处理。

分离处理只是将污染物从水相转移到其它相，并不能使有机污染物得到彻底的分解或无害化。

稀释处理只是通过稀释废水来减轻水体的污染程度，既不能把污染物分离，也不会改变污染物的化学本质。

转化处理则是通过化学的或生化的作用改变污染物的化学本性，使其转化为无害的或可分离的物质。

随着环保技术的发展和人们对水体质量要求的提高，转化处理日益受到重视。

自从1972年日本学者Fujishima和Honda[1]在n-型半导体TiO2单晶电极上发现水的光电催化分解制氢以来，多相光催化技术引起了科学工作者的极大关注,从此开创了半导体光催化处理废水技术的新纪元。

光催化降解技术具有以下优点[3]:

（1）降解速度快，一般只需几十分钟到几小时即可取得良好的废水处理效果;

（2）降解无选择性，几乎能降解任何有机物，尤其适合于氯代有机物、多环芳烃等;

（3）氧化反应条件温和，投资少，能耗低，用紫外光照射或暴露在阳光下即可发生光催化氧化反应;

（4）无二次污染，有机物被彻底氧化降解为CO2和H2O;

（5）应用范围广，几乎所有的含有机物的污水都可以采用。

从七十年代末开始，利用半导体光催化剂处理各类废水中的污染物的研究已有大量报道[2-10]，其降解对象涉及酚类[2]、染料[3]、烃类[4]、表面活性剂[5]、有机颜料[6]、芳烃[7]、重金属类[8]、杀虫剂[9]、除草剂[10]等多种常见难生物降解的有机化合物、重金属和部分无机化合物。

光催化氧化法具有很强的氧化性，对于染料、表面活性剂、有机卤化物、农药、油类、杂环化合物等难被生物降解的物质能进行有效地光催化降解，并且具有很好的降解效果，经过持续反应可以达到完全矿化。

因此光催化氧化法在降解有机污染物方面更具有意义。

1.2光催化氧化技术

1.2.1光化学反应基础[11]

分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反应，称为光化学反应。

化学物种吸收光量子形成激发态物种，其基本步骤为:

A十hυ→A*（1.1）

式中:

A*一一A物种的激发态

hυ一一光量子

随后，激发态的A*可能发生如下几种反应:

A*→A+hυ（1.2）

A*+M→A+M（1.3）

A*→B1+B2+﹍（1.4）

A*＋C→D1+D2+﹍（1.5）

式（1.2）为辐射跃迁，即激发态物种通过辐射荧光或磷光而失活。

式（1.3）为无辐射跃迁，亦即碰撞失活过程。

激发态物种通过与其他分子M碰撞，将能量传递给M，本身又回到基态。

以上两种过程均为光物理过程。

式（1.4）为光离解过程，即激发态物种离解成为两个或两个以上新物种。

式（1.5）为A*与其他分子反应生成新的物种。

这两种过程均为光化学过程。

对于环境化学而言，光化学过程更为重要。

受激发态物种会在什么条件下离解为新物种，以及与什么物种反应可产生新物种，对于描述污染物的环境归宿具有重要意义。

1.2.2光催化氧化过程

光催化氧化有机物是一个循环过程，其特征为以光活性半导体材料为媒介，促使电子从有机基质到无机受体（如O2）的转移，催化剂（媒介）充当电子转移的中转站的作用。

再氧化的光催化剂能够用于下一次的电子转移系列，从而构成一个大循环，直到有机供体（有机物）完全矿化为止，整个过程结束。

即光催化剂在