BiOCl光催化降解MB染料废水的研究

科技创新导报2013NO.10ScienceandTechnologyInnovationHerald环境科学科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald159BiOCl光催化降解MB染料废水的研究毛晓明(长治学院山西长治046011)摘要：该实验制备了BiOCl光催化剂，并对其进行了XRD、TEM、HRTEM和DRS表征。结果表明所制得的BiOCl呈高纯单相，且具有层状结构，其带隙为3.19eV。该催化剂对亚甲基兰(MB)具有良好的光催化活性，模拟太阳光照射60min后，7mg/LMB完全降解。机理研究表明羟基自由基在MB光催化降解过程中起主要作用。关键词：BiOClMB光催化活性羟基自由基中图分类号：G71文献标识码：A文章编号：1674-098X（2013）04（a）-0159-02近年来，半导体光催化剂用于处理废水中有机污染物的研究被广泛报道[1]。作为一种具有正方氟氯铅矿结构的重要的V-VI-VII族三元半导体，氯氧铋(BiOCl)逐渐成为人们的研究热点[2-3]。BiOCl光催化剂具有一些特定的性质，如层状结构、良好的光吸收性质及电磁性质[4]，这些性质使得我们相信BiOCl可以在染料废水处理中表现出良好的光催化活性。在该研究中，制备了具有层状结构的BiOCl光催化剂。作为一种p型半导体，BiOCl的带隙为3.19eV。由于亚甲基兰(MB)是一种典型的存在于纺织废水中的有机染料，且其浓度便于通过光学吸收光谱法测定，因此在该文中以MB溶液作为目标物，对BiOCl的光催化活性进行了研究。结果表明在模拟太阳光照射下，BiOCl可以高效的降解MB；同时通过捕获剂实验，对MB的降解历程进行了研究。1实验方法1.1样品制备实验所用原料为：NaBiO3·2H2O，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；无水乙醇，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；亚甲基蓝(methyleneblue，MB)，分析纯，天津市光复精细化工研究所；盐酸，分析纯。称取3.160gNaBiO3·2H2O分散于40mL无水乙醇中，逐滴加入1.2M盐酸溶液40mL，得到白色沉淀。继续反应1h后静置，分离，并用无水乙醇和去离子水洗涤该白色沉淀三次，在室温下干燥并研磨。1.2表征采用DX-2700型X射线衍射仪分析催化剂的物相，CuKα射线，衍射角度为10°<2θ<80°。采用JEM-2010型透射电子显微镜观察催化剂的表面形貌。采用PerkinElmerLambda35测定紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱，测量范围200～800nm，BaSO4为参比。1.3光催化活性测定在自制的150mL圆柱状反应器中进行MB溶液的光催化反应，所用光源为XQ350W模拟太阳光，其照度为120klx。配制7mg/L的MB溶液，并取该溶液100mL，加入催化剂0.0200g，避光搅拌1h。吸附平衡后，开启模拟太阳光，隔一定时间取样4mL，离心分离(10000r/min，4min)，用Cary50分光光度计测定上清液在664nm处的吸光度，根据朗伯-比尔定律计算溶液浓度变化。光催化降解率=(C0-Ct)/C0×100%(C0为达到吸附-脱附平衡后亚甲基蓝溶液的初始浓度，Ct为t时刻的浓度)。2结果与讨论2.1晶相及形貌分析图1(a)为样品BiOCl的X射线衍射(XRD)谱。由图可见，BiOCl所有的特征衍射峰都与四方晶系BiOCl标准卡片(PDFNO.73-2060)相吻合，未发现其它晶相结构和杂质的XRD峰，说明合成了高纯的单相BiOCl。2θ=12.04°、25.93°、32.58°和33.56°处的衍射峰对应于BiOCl(001)、(101)、(110)和(102)晶面的特征衍射峰，同时尖锐的衍射峰表明BiOCl的结晶程度较完整，晶粒较大。图1(b-c)为BiOCl的透射电镜(TEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)照片。由图1(b)可见BiOCl呈均匀的片层结构，样品结晶度较高，颗粒分散良好，晶粒之间没有明显的团聚现象。HRTEM照片(图1c)显示样品的晶面间距为0.344nm，可指标为BiOCl(101)晶面。(a)TEM(b)和HRTEM(c)图图1BiOCl的XRD科技创新导报2013NO.10ScienceandTechnologyInnovationHerald环境科学科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald1602.2紫外-漫反射光谱分析图2为BiOCl的紫外-漫反射光谱图。BiOCl在紫外区有很强吸收，当波长大于390nm时，BiOCl的吸收强度明显变弱，说明其吸收代边在390nm附近。BiOCl半导体材料的光吸收边遵循如下公式。E()2ghAh−=ννα(1)其中是光吸收系数，