蚕茧状BiOCl的合成及其可见光催化降解RhB性能 金兴智;李东亚;孙靖宇;徐海明;夏东升
【摘 要】语音会议The cocoon-like BiOCl nanoplates photocatalysts were synthesized by the hydrothermal syn-thesis method using soluble starch as the surfactant. The samples were characterized by X-ray diffrac-tion(XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy(TEM), high-resolution transmission electron microscopy ( HR-TEM ) and UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy ( DRS) . The effect of the addition of surfactant on the photocatalytic activity of BiOCI was studied. Ex-periments show that the BiOCl nanoplates with adding 0.1 g soluble starchle give the high photocatalyt-ic activity.The degradation rate can reach 97.3%within 60 min. The superoxide radical is the major ac-tive species in photocatalytic degradation of RhB by BiOCl nanoplates.Moreover, it shows good stability in the repeated reaction.%以可溶性淀粉为表面活性剂,通过水热法成功合成了蚕茧状BiOCl光催化剂.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱仪(DRS)和透射电镜(TEM)对所制备催化剂进行表征.以RhB染料为目标污染物,系统考察碳素纸
了加入不同量可溶性淀粉所合成的BiOCl对罗丹明B(RhB)的降解效果.结果表明,加入0.1 g可溶性淀粉所合成的BiOCl展示出最好的光催化性能,60 min即可将RhB降解掉97.3%;自由基抑制实验表明在降解过程中·O-2是主要的活性物种;循环实验研究表明,催化剂具有优异的循环稳定性.
【期刊名称】《化学研究》
【年(卷),期】2017(028)006
【总页数】6页(P746-751)
【关键词】氯氧铋;光催化;可溶性淀粉
【作 者】金兴智;李东亚;孙靖宇;徐海明;夏东升
【作者单位】武汉纺织大学 环境工程学院,湖北 武汉430200;武汉纺织大学 环境工程学院,湖北 武汉430200;武汉纺织大学 环境工程学院,湖北 武汉430200;武汉纺织大学 环境工程学院,湖北 武汉430200;武汉纺织大学 环境工程学院,湖北 武汉430200
【正文语种】中 文
【中图分类】O644.14
随着人类社会的发展，环境和能源问题也越来越多的影响和威胁着人类的生存和发展.近来研究发现，光催化降解由于其自身高效的性能、绿环保、经济可行等优势而被广泛应用于环境污染治理[1].但由于光催化剂较低的光降解效率限制其实际应用，因而提高可见光利用效率和开发高效稳定的光催化材料成为光催化领域的研究热点.
在己研发的可见光响应光催化剂体系中，BiOX(X=C1，Br，I)光催化剂广受关注[2-5].卤氧化物BiOX(X=C1，Br或I)系列化合物具有四方晶系的氟氯铅矿结构，可作为光催化剂、铁电材料、光致发光材料[6]，有着广阔的应用前景，是当前国内外的研究热点之一.BiOX系列半导体随着卤素原子序数的增大，带隙宽度逐渐变窄，其中BiOCl的带隙为3.5 eV，光催化降解中能够有效地吸收紫外光，在选择性氧化催化、离子导体、铁电材料以及颜料等领域具有广泛的应用[7-9].近年来对BiOCl改性的研究逐渐增加.LI等使用水热法有选择性的合成具有暴露晶面的BiOCl纳米片，通过改变P123和甘露糖醇的量、反应时间、表面活性剂的种类，有效的调控了BiOCl纳米片的形貌，合成产物在可见光下的染料光敏化降解显示 出优异的催化活性[10]；CUI等研究了不同时间下非水溶剂热系统中纳米片组装BiOCl纳米结构的形成机理.光催化活性结果表明BiOCl纳米级结构在可见光下具有良好的催化活性[11]. SONG等以吡啶为溶剂，通过溶剂热法合成花状BiOCl，明显增强了光催化性能[12]；DI等使用离子液体氯化1-十六烷基-3-甲基咪唑([C16Mim]Cl)作为一体化溶剂，通过离子热合成法成功地合成了BiOCl超薄纳米片，通过调节反应温度调控BiOCl的形貌，研究了BiOCl晶体纳米结构的形成机理.所得产物和纯相BiOCl相比，光催化性能明显增强[13].XIONG等合成了不同BiOCl纳米片.合成后的BiOCl纳米片和TiO2相比，在可见光下表现出优异的光催化活性[14].添加不同原料合成的BiOCl都不同程度的增强了光催化性能，但有些方法步骤繁琐，使用的试剂有一定的危害，不适合工业大量制备.
怎么扣出水指法图本文使用可溶性淀粉为表面活性剂，通过水热法合成花状、片状、球状BiOCl光催化剂.通过控制可溶性淀粉的量调控的产物的形貌.以20 mg/L罗丹明B为目标污染物进行光催化性能测试；探讨淀粉所合成BiOCl的光催化降解机理.塑料表面电晕处理机
称取0.485 1 g Bi(NO3)3·5H2O(AR，国药集团化学试剂有限公司)，称取0.1、0.3、0.5、1.0 g可溶性淀粉溶于15 mL去离子水中.称取2.238 g KCl (AR，国药集团化学试剂有限公司)
加入150 mL水，待溶解均匀后取5 mL逐滴加入上述溶液.搅拌均匀后，用HNO3和KOH(AR，天津市北辰方正试剂厂)调节溶液pH为6.0.搅拌30 min后装入反应釜，放入烘箱160 ℃加热24 h.之后用去离子水和无水乙醇(AR，国药集团化学试剂有限公司)洗涤3～4次，放入真空干燥箱40 ℃烘干得到合成的BiOCl产物.
物相分析是利用X射线衍射(XRD)分析(德国Bruker公司D8 ADVANCE型X射线衍射仪)；采用电子显微镜观察样品的形貌特征(日本日立公司S4800型冷场发射扫描电子显微镜)；透射电子显微镜获得产品的分级结构(美国FEI公司Tecnai G2 20型透射电子显微镜)；分光光度计(上海仪器元析有限公司UV-8000S型紫外可见分光光度计)获取吸光度数据.
以RhB(上海晶纯生化科技股份有限公司)为目标染料进行BiOCl光催化降解性能测试.在每组实验中，将50 mg催化剂样品加入100 mL浓度为20 mg/L RhB目标污染物，混合溶液在黑暗环境下磁力搅拌30 min以达到RhB与BiOCl吸附/脱附平衡.混合溶液用618 W/m2的LED灯作为激发光源，灯至溶液距离为9 cm.可见光下在选取的时间间隔中抽取1.5 mL的混合溶液经12 000 rpm离心5 min后检测RhB浓度的变化.用分光光度计对离心过滤的溶液吸光度进行测试.在循环实验中从第一次的循环开始，保持RhB染料浓度为20 mg/L，体积为100
mL的反应体系，第一次加50 mg催化剂对溶液进行降解，之后的循环实验回收催化剂继续循环实验.
图1所示为加入不同量可溶性淀粉所合成的BiOCl的XRD谱图，与标准BiOCl卡片相比，在加入四种不同量可溶性淀粉合成的BiOCl中没有发现杂峰，表明所得产物为纯相；仔细观察发现，所得产物衍射峰峰形尖锐，表明所得产物具有良好的结晶度.
当可溶性淀粉的量从0.1～1.0 g变化时(002)晶面的峰强逐渐减弱，(101)晶面的峰强较强且保持稳定；相对于标准卡片(JCPDS No.85-0861)的最强峰(102)，此方法制备的BiOCl的(110)峰有明显的增强，这说明晶面可能沿(110)方向取向生长.随着可溶性淀粉量的变化，合成BiOCl的峰宽无明显变化，说明可溶性淀粉量的改变对晶体的尺寸影响较小.
为了研究样品的形貌，对所合成的样品进行了 SEM 表征，如图2所示.加入0.1 g可溶性淀粉合成的BiOCl是由纳米片堆叠而成的蚕茧状结构，随着可溶性淀粉量的增加，纳米片的数量也增加，导致片之间的间隙越来越小.部分BiOCl的结构逐渐由纳米片构成的花状转变为直径为1.2～1.7 μm的微米球.比较图2(a)、(b)、(c)和(d)在可溶性淀粉量的变化过程中，BiOCl纳米片的厚度维持在20～35 nm之间，可溶性淀粉量的改变并不会引起BiOCl纳米片
动物添加剂厚度的变化.
为了深入研究样品的微观结构，选取0.1 g可溶性淀粉所合成的样品为研究对象，对其进行了 TEM、 HRTEM和SAED表征，结果如图3所示.图3(a)显示了一个完整的BiOCl球状分级结构，图像中心部分的颜相对边缘部位的要深许多，表明这种结构从外到内空隙越来越小，与SEM的分析结果一致.图3(b)是放大的球状结构，仔细观察整个结构的边缘，可以很明显看出BiOCl的蚕茧状结构是由许多细小的纳米片无序堆叠组成.图3(c) 为 0.1 g可溶性淀粉下合成样品的 HRTEM 照片，由图可见清晰的晶格条纹，晶面间距为 0.276 nm，对应于 BiOCl的(110)晶面.图3(d)是BiOCl纳米片的选区电子衍射，规则的电子衍射斑点表明所合成的BiOCl是单晶.
图4是不同量可溶性淀粉所制备样品的UV-vis漫反射吸收光谱，可以清楚的看到0.1 g可溶性淀粉所制备的BiOCl的最大吸收边为395 nm，根据公式λ=1 240/Eg(eV)可以计算出BiOCl的禁带宽度大致为3.2 eV.随着可溶性淀粉量的增加，BiOCl的吸收边逐渐模糊.这可能是由于可溶性淀粉量的增加使它在BiOCl上有部分残留，影响了催化剂对光的吸收，造成催化剂吸收边不清晰[15].
2.5.1 光催化降解RhB
图5是加入不同量可溶性淀粉所合成样品的光催化性能，可以明显看出随着可溶性淀粉量的增加，BiOCl对RhB染料的降解效果逐渐变差，加入0.1 g可溶性淀粉所合成的BiOCl有最好的光催化性能.这可能和它的形貌特征有关.由SEM表征可知，加0.1 g可溶性淀粉合成的BiOCl是由纳米片堆叠而成的花状结构，在光催化反应过程中，此结构可能拥有最大的比表面积，能够最大程度的与染料接触，使催化剂充分的参与对RhB染料的降解从而表现出较强的光催化活性[16-17].加入0.3 g可溶性淀粉催化效果变差，通过比较SEM可以发现，加入0.3 g和0.5 g可溶性淀粉合成的BiOCl都是由纳米片堆叠成的蚕茧状结构，但加入0.5 g可溶性淀粉所合成的样品中有数量较多球状颗粒，这可能是导致0.5 g可溶性淀粉所合成的BiOCl具有较好性能的原因.
图6是加入0.1 g可溶性淀粉所合成BiOCl降解RhB的一级动力学拟合曲线，由图6可见加0.1 g可溶性淀粉合成的BiOCl催化速率最快.
图7为加入0.1 g可溶性淀粉制备的催化剂降解RhB不同阶段的全波扫描.随着反应时间的增加，RhB的最大吸收波长逐渐蓝移，颜逐渐变浅.说明BiOCl通过去乙基途径实现了对Rh
B的光催化氧化[18].100 min后可见光内最大吸收波长消失，溶液变为无，说明RhB被完全降解.
2.5.2 自由基捕获实验
>缘114
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议