《基於Z體系的BiVO4/Pt/TiO2複合催化劑製備及其超聲/光催化性能》是依託東北師範大學，由路瑩擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於Z體系的BiVO4/Pt/TiO2複合催化劑製備及其超聲/光催化性能
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：路瑩
- 依託單位：東北師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬製備基於Z體系的BiVO4/Pt/TiO2複合催化劑，該催化劑可利用寬禁帶半導體TiO2和窄禁帶半導體BiVO4的同時激發，實現對太陽光紫外-可見部分的全回響，提高催化劑的光能利用率，還可利用不同半導體材料間的異質結結構，有效地抑制電子空穴對的複合，提高催化過程的量子效率。採用現代化的表征手段對催化劑的形貌結構、光學吸收特性、表面狀態等進行研究。以水體中常見的染料、環境激素和抗生素為目標污染物，對BiVO4/Pt/TiO2的光催化、超聲/光催化氧化活性進行研究。同時，通過對降解過程中間產物的測定及自由基捕獲實驗，揭示BiVO4/Pt/TiO2光催化與超聲耦合降解污染物的協同機理和增強機制。本研究可為基於Z體系的BiVO4/Pt/TiO2複合催化劑在水處理中的實際套用提供基礎數據，對污染控制技術的發展具有重要意義。
結題摘要
本文採用液相沉積法、光還原法和金屬有機物分解法，設計製備了基於Z體系的、具有紫外-可見光回響的BiVO4-Pt-TiO2三元複合膜催化劑。模擬太陽光下，以RhB、BPA及2-CP為目標物，考察複合催化劑的光催化活性，並研究了光還原法沉積Pt前驅體氯鉑酸的濃度、BiVO4鍍膜次數、污染物初始濃度、反應溶液pH值對光催化降解活性的影響，確定BiVO4-Pt-TiO2三元複合催化劑的最佳降解條件，並測試複合催化劑的穩定性能。BiVO4-Pt-TiO2三元複合材料具有最高的光催化活性，這是由於TiO2、BiVO4和Pt之間的協同作用。首先，BiVO4和TiO2可同時被光激發，催化劑的光能利用效率提高，易於產生更多的光生電子和空穴。 其次，TiO2和Pt之間、BiVO4和Pt之間形成的肖特基結均可以抑制光生電子和空穴的複合，提高催化劑的量子效率。在BPA的降解過程中，通過自由基捕獲證實•OH在光催化過程中的關鍵作用。 隨著環境保護標準的不斷提高，多種高級氧化技術（AOPs）聯合作用於污染物的處理方法受到廣泛關注。超聲/光催化這一新型複合水處理技術是近些年發展起來的，能夠通過超聲產生的空化作用及自由基效應來達到使光催化劑的催化性能強化的目的，從而實現對污染物的高效降解。 本研究以BiVO4/Pt為光催化劑，採用高級氧化技術-超聲與光催化聯合的方法對羅丹明B進行降解研究，並探討了Pt的摻雜量、催化劑添加量、羅丹明B初始濃度、反應溶液pH值、超聲功率對催化降解活性的影響，最終確定BiVO4/Pt二元催化劑在超聲/光催化作用下的最佳降解條件。研究發現，超聲對光催化的協同因子為2.83，證明了超聲聯合光催化降解羅丹明B的強協同效應。分析原因：超聲所產生的空化作用、自由基效應及機械效應，可以分散催化劑，增加活性位點，使光催化劑的活性最大化，同時加強有機污染物在水溶液中與光催化劑表面的傳質作用，產生更多的強氧化性基團，促進對有機物的破壞降解。並在最優條件下進行了羅丹明B的礦化研究、催化劑的穩定性測定及自由基捕獲實驗，最終證明•O2-與h+在超聲/光催化反應過程中起主導作用。
