BiOCl光催化降解MB染料廢水的研究

摘 要：該實(shí)驗(yàn)制備了BiOCl光催化劑，并對(duì)其進(jìn)行了XRD、TEM、HRTEM和DRS表征。結(jié)果表明所制得的BiOCl呈高純單相，且具有層狀結(jié)構(gòu)，其帶隙為3.19 eV。該催化劑對(duì)亞甲基蘭 （MB） 具有良好的光催化活性，模擬太陽光照射60 min后，7 mg/L MB完全降解。機(jī)理研究表明羥基自由基在MB光催化降解過程中起主要作用。

關(guān)鍵詞：BiOCl MB 光催化活性 羥基自由基

中圖分類號(hào)：G71文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）04（a）-0-02

近年來，半導(dǎo)體光催化劑用于處理廢水中有機(jī)污染物的研究被廣泛報(bào)道[1]。作為一種具有正方氟氯鉛礦結(jié)構(gòu)的重要的V-VI-VII族三元半導(dǎo)體，氯氧鉍（BiOCl）逐漸成為人們的研究熱點(diǎn)[2-3]。BiOCl光催化劑具有一些特定的性質(zhì)，如層狀結(jié)構(gòu)、良好的光吸收性質(zhì)及電磁性質(zhì)[4]，這些性質(zhì)使得我們相信BiOCl可以在染料廢水處理中表現(xiàn)出良好的光催化活性。在該研究中，制備了具有層狀結(jié)構(gòu)的BiOCl光催化劑。作為一種p型半導(dǎo)體，BiOCl的帶隙為3.19 eV。由于亞甲基蘭（MB）是一種典型的存在于紡織廢水中的有機(jī)染料，且其濃度便于通過光學(xué)吸收光譜法測(cè)定，因此在該文中以MB溶液作為目標(biāo)物，對(duì)BiOCl的光催化活性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明在模擬太陽光照射下，BiOCl可以高效的降解MB；同時(shí)通過捕獲劑實(shí)驗(yàn)，對(duì)MB的降解歷程進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 樣品制備

實(shí)驗(yàn)所用原料為：NaBiO3·2H2O，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；無水乙醇，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；亞甲基藍(lán)（methylene blue，MB），分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；鹽酸，分析純。

稱取3.160 g NaBiO3·2H2O分散于40 mL無水乙醇中，逐滴加入1.2 M鹽酸溶液40 mL，得到白色沉淀。繼續(xù)反應(yīng)1 h后靜置，分離，并用無水乙醇和去離子水洗滌該白色沉淀三次，在室溫下干燥并研磨。

1.2 表征

采用DX-2700型X射線衍射儀分析催化劑的物相，Cu Kα射線，衍射角度為10°<2θ<80°。采用JEM-2010型透射電子顯微鏡觀察催化劑的表面形貌。采用PerkinElmer Lambda35測(cè)定紫外-可見（UV-Vis）漫反射光譜，測(cè)量范圍200～800 nm，BaSO4為參比。

1.3 光催化活性測(cè)定

在自制的150 mL圓柱狀反應(yīng)器中進(jìn)行MB溶液的光催化反應(yīng)，所用光源為XQ350W模擬太陽光，其照度為120 klx。配制7 mg/L 的MB溶液，并取該溶液100 mL，加入催化劑0.0200 g，避光攪拌1 h。吸附平衡后，開啟模擬太陽光，隔一定時(shí)間取樣4 mL，離心分離（10000 r/min，4 min），用Cary50分光光度計(jì)測(cè)定上清液在664 nm處的吸光度，根據(jù)朗伯-比爾定律計(jì)算溶液濃度變化。光催化降解率=（C0-Ct）/C0 ×100%（C0為達(dá)到吸附-脫附平衡后亞甲基藍(lán)溶液的初始濃度，Ct為t時(shí)刻的濃度）。

2 結(jié)果與討論

2.1 晶相及形貌分析

圖1（a）為樣品BiOCl的X射線衍射（XRD）譜。由圖可見，BiOCl所有的特征衍射峰都與四方晶系BiOCl標(biāo)準(zhǔn)卡片（PDF NO.73-2060）相吻合，未發(fā)現(xiàn)其它晶相結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)的XRD峰，說明合成了高純的單相BiOCl。2θ=12.04 °、25.93 °、32.58 °和33.56 °處的衍射峰對(duì)應(yīng)于BiOCl（001）、（101）、（110）和（102）晶面的特征衍射峰，同時(shí)尖銳的衍射峰表明BiOCl的結(jié)晶程度較完整，晶粒較大。圖1（b-c）為BiOCl的透射電鏡（TEM）和高分辨透射電鏡（HRTEM）照片。由圖1（b）可見BiOCl呈均勻的片層結(jié)構(gòu)，樣品結(jié)晶度較高，顆粒分散良好，晶粒之間沒有明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。HRTEM照片（圖1c）顯示樣品的晶面間距為0.344 nm，可指標(biāo)為BiOCl（101）晶面。