微波辅助合成BiOCl及其光催化性能

2019-09-05赵亚丽张潆元陈迪勇宋光林成国坤

浙江化工 2019年8期

关键词：罗丹明光催化剂甘露醇

赵亚丽，张潆元，陈迪勇，张颖，宋光林，高亮，成国坤

（贵州省分析测试研究院，贵州贵阳 550002）

0 前言

近年来，由于工业的快速发展，大量有毒有害的有机污染物进入到大气、土壤和水中，对生态平衡造成了难以评估的损失[1]，半导体光催化技术利用太阳能处理有机污染物，具有低成本、无污染的优点，得到了广泛的关注[2]。

BiOCl作为被深入研究的光催化材料，由于拥有独特的层状结构，在内电场之间可以形成带正电的[Bi2O2]2+层和负电的Cl-层，提高了光生电子空穴的分离效率，因此具有优良的光催化性能[3-5]。

在众多合成光催化剂的方法中，微波辅助合成法有着操作简单、合成迅速、耗能更低、反应均匀等优点，而不同的溶剂也将影响催化剂的结构，进而影响催化剂的催化性能[6]。

本文采用辅助合成法，分别使用甘露醇、乙二醇、醋酸和蒸馏水为溶剂合成了BiOCl催化剂，在可见光下光催化降解RhB，表明以甘露醇为溶剂，微波反应10 min，得到的催化剂具有最好的光催化性能。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

实验试剂：Bi（NO3）3·5H2O、甘露醇、乙二醇、醋酸、无水乙醇、十六烷基三甲基氯化铵（CTAC），均为分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；二次蒸馏水。

实验仪器：HP8453型紫外分光光度计，日本岛津公司；KQ3200DE型数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司。

1.2 催化剂的制备

称取 4 mmoL 五水合硝酸铋（Bi （NO3）3·5H2O）超声溶解于20 mL甘露醇中，然后称取4 mmoL CTAC，并将其溶解在20 mL蒸馏水中，待完全溶解后，将Bi（NO3）3溶液缓慢地滴入上述混合液中，剧烈搅拌30 min，然后置于微波反应器中，在200 W条件下反应10 min，反应结束后冷却，用蒸馏水和无水乙醇洗涤5次，放入真空干燥箱中于80℃下干燥5 h。用同样的方法，分别制备微波反应 0 min、5 min、10 min、15 min 的BiOCl催化剂，另外以不同溶剂（水、甘露醇、乙二醇、醋酸）在200 W条件下微波反应10 min，制备不同催化剂。

1.3 光催化活性测试

所制备样品的光催化活性通过降解RhB溶液进行测量，称取0.2 g催化剂，放入200 mL RhB（10 mg/L）溶液中，在暗处搅拌30 min以达到吸附-脱附平衡，然后放入300 W的氙灯下进行照射，每5 min抽取4 mL样品，离心取其上清液，在波长为554 nm处使用紫外-可见分光光度计测量其吸光度。

1.4 催化效果计算

RhB溶液紫外-可见吸收光谱图如图1所示，从图1中可以得出其最大吸收波长为554 nm。

图1 RhB溶液紫外-可见吸收光谱图

通过用紫外-可见分光光度计测量在波长为554 nm处[7]，不同降解时间的溶液的吸光度，进一步推出溶液中RhB浓度的变化来求出降解率，其公式如下：

2 结果与讨论

图2为在可见光照射下，不同溶剂对罗丹明B的光催化降解曲线。

由图2可以看出，不同溶剂合成的BiOCl展现了不同的光催化性能，其中以甘露醇为溶剂合成的BiOCl表现出优良的吸附性能，并且光催化降解罗丹明B性能也最好，在20 min时，降解效率已达99.5%，而以乙二醇为溶剂得到的催化剂降解效果最差，60 min时才可以降解91.4%的罗丹明B，这是因为以甘露醇为溶剂制备的BiOCl具有较大的比表面积，分子间有较大的间隙，可以提高其吸附性能，进而提高其光催化性能。

图2 不同溶剂制得的BiOCl光催化剂对罗丹明B降解效果

图3不同微波反应时间制得的BiOCl光催化剂对罗丹明B降解效果

图3 为在可见光照射下，不同微波反应时间制得的光催化剂对罗丹明B的光催化降解曲线。

可以看出，不同的微波反应时间对BiOCl光催化剂光催化效果有着不同的影响，在微波反应时间为10 min时，降解效果最好；在25 min时，就可以降解99.1%的罗丹明B，其光催化降解效果依次为：10 min＞5 min＞15 min＞无微波反应，产生这一结果的原因可能是微波反应10 min时，晶体结晶度比较高，晶体的晶格缺陷较少，从而大大降低了电子-空穴电子对的复合几率，使光催化性能得到大大的提高。而不进行微波反应制备的BiOCl光催化剂，由于反应较慢，生成的BiOCl量不多，所以在降解时，没能表现出较好的光催化效果。