mpg-C3N4-BiPO4光催化劑的制備及光催化性能研究.pdf

1、光催化氧化技術(shù)因其能利用源源不斷的太陽能礦化環(huán)境污水中的有機污染物且不構(gòu)成二次污染而被認(rèn)為是一種新興的環(huán)境處理技術(shù)。BiPO4是一種非金屬含氧酸鹽光催化劑，其禁帶寬度較大，這極大地限制了BiPO4的光催化效率。
　　本工作采用微波水熱法和超聲化學(xué)法制備了BiPO4，N/BiPO4，BiPO4@C核殼異質(zhì)結(jié)和mpg-C3N4/BiPO4介孔異質(zhì)結(jié)光催化劑，研究了光催化劑的相結(jié)構(gòu)、形貌及能帶結(jié)構(gòu)，以羅丹明B(RhB)為目標(biāo)污染物，評估

2、光催化劑的降解和礦化能力，探討了光催化劑活性提高的機理，結(jié)果如下:
　　(1)以Bi(NO3)3·5H2O和Na3PO4·12H2O為原料，微波水熱法合成了單斜相獨居石/六方相混晶結(jié)構(gòu)的BiPO4粉體。低溫優(yōu)先生成非穩(wěn)態(tài)的六方相BiPO4晶型，隨著溫度的升高，BiPO4逐步由六方相向穩(wěn)定的單斜相獨居石轉(zhuǎn)變，BiPO4粉體的生長機理符合奧斯特瓦爾德規(guī)則，200℃合成的含4.1％六方相無規(guī)則納米顆粒和95.9％單斜相獨居石棒狀納米晶簇

3、結(jié)構(gòu)的BiPO4混合粉體，在紫外光下照射30 min后對RhB的降解率達(dá)到97％。
　　(2)以NaN3為氮源，微波水熱法制備了N/BiPO4光催化劑，N3-離子取代了BiPO4晶格中的O2-離子，由于溶液中的空間位阻，BiPO4晶體的生長受到了抑制，BiPO4納米棒的尺寸減小。N摻雜使BiPO4有較高的光電流和較小的電荷轉(zhuǎn)移電阻，促進(jìn)了光生電子和空穴的分離。21at.％樣品在紫外光下的光催化活性是純相BiPO4的2.1倍，N摻雜

4、量為21at.％的樣品，具有較高的空穴氧化電勢，在紫外光下光照15 min后對RhB的降解率達(dá)到96％，光照25 min，TOC的去除率達(dá)到58％。
　　(3)以C6H12O6為碳源，微波水熱法制備了BiPO4@C核殼納米棒異質(zhì)結(jié)光催化劑，前驅(qū)溶液中生成的六方相[BiPO4]H+，靜電作用替代了C6H12O6分子中的羥基，水熱反應(yīng)使BiPO4由六方相轉(zhuǎn)化為單斜相，同時使C6H12O6碳化，在表面張力的作用下形成了BiPO4@C核殼

5、納米棒異質(zhì)結(jié)。碳包覆層促進(jìn)了BiPO4光生電子和空穴的分離，BiPO4@C樣品紫外光下的光催化活性均高于BiPO4，碳層厚度約10nm的BiPO4@21C樣品在紫外光下光照10min后對RhB的降解率達(dá)到94％，其光催化活性分別是P25和BiPO4的4.1倍和2.3倍，光照20m in后，其TOC的去除率達(dá)到60％。
　　(4)用超聲化學(xué)法制備了介孔的CN/BPO異質(zhì)結(jié)光催化劑，BiPO4納米棒分布在mpg-C3N4納米片表面，界

6、面處存在緊密接觸異質(zhì)結(jié)構(gòu)，異質(zhì)結(jié)構(gòu)有效地促進(jìn)了光生載流子的遷移和分離。在紫外光下，·OH，h+和·O2-是主要的活性物種，CN/BPO異質(zhì)結(jié)的光催化活性都比mpg-C3N4和BiPO4高，9.5CN/0.5BPO照射6min后，RhB的降解率達(dá)到94％，TOC的去除率是P25的6.98倍。除了4CN/6BPO，在可見光和太陽光下，CN/BPO樣品的光催化活性均高于mpg-C3N4，9.5CN/0.5BPO可見光照射40 min后，RhB