复合载体负载型催化剂制备及其微波辅助催化氧化甲苯性能试验

Vol.53 No.1Jan.,2021第 53 卷 第 1 期2021年1月无机盐工业INORGANIC CHEMICALS INDUSTRYDoi:10.11962/1006-4990.2020-0064]开放科学(资源服务)标志识码(OSID)片状铋/钒酸铋复合催化剂的制备及其光催化性能冯 飞「,李书文1,汪铁林1,2,王为国匕王存文1'2(1.武汉工程大学化工与制药学院,湖北武汉430205 ； 2.武汉工程大学绿色化工过程教育部重点实验室)摘要：用溶剂热法合成了一系列不同铋含量的片状铋/钒酸铋(Bi/BiVO 4)复合光催化剂。

采用X 射线衍射 (XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫夕卜-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、电感耦合等离子发射光谱(ICP-OES)、氮气吸附脱附和光电流响应等技术对所制备的催化剂进行了表征。

通过氙灯下光催化降解亚甲基蓝的性能来评价样品的光催化活性，实验结果表明铋的自掺杂能显著提高钒酸铋的光催化活性。

最后，通过自由基捕获实验对铋/钒酸铋光催化机理进行了探讨。

关键词:钒酸铋;复合半导体;光催化;染料降解中图分类号：0643.36 文献标识码:A 文章编号：1006-4990(2021)01-0107-06Synthesis and photocatalytic performance of sheet -like Bi/BiVO 4 composite catalystFeng Fei 1, Li Shuwen 1, Wang Tielin 1,2, Wang Weiguo 1,2, Wang Cunwen 1,2(1.School of Chemical Engineering and Pharmacy , Wuhan Institute of Technology , Wuhan 430205,China ；2.Key Laboratory of Green Chemical Engine e ring Proces s of M inistry ofEducation , Wuhan Institute of Technology )Abstract ： A series of sheet-like Bi/BiVO 4 composite photocatalysts with different Bi contents were synthesized using solvo ­thermal method.The prepared catalysts were characterized by using X-ray diffraction (XRD ), X-ray photoelectron spectro-scopy ( XPS ), scanning electron microscopy (SEM ), transmission electron microscopy ( TEM ), ultraviolet-visible diffuse reflec ­tion spectroscopy (UV -Vis DRS ), inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES ), nitrogen adsorp ­tion-desorption analysis and photocurrent response measurements.The photocatalytic performance of the sample was assessed by photodecomposition of methylene blue (MB ) under xenon lamp irradiation.The results showed that the photocatalytic ac ­tivity of BiVO 4 was enhanced significantly with Bi self-doping.Finally , the photocatalytic reaction mechanism of Bi/BiVO 4composite was discussed by free radical capture experiments.Key words : bismuth vanadate 曰 composite semiconductor ； photocatalysis 曰 dye degradation单斜相钒酸铋(BiV04)具有价廉、无毒等优点咱1］,是一种优良的光催化材料。

2011年第18卷第4期化工生产与技术Chemical Production and Technology 对羟基苯甲醛（PHBA ）的化学式为C 7H 6O 2，熔点115～117℃，纯品为淡黄色或类白色结晶，有芳香气味。

易溶于甲醇、乙醇、乙醚、丙酮、乙酸乙脂、氯仿等有机溶剂，微溶于水（在30.5℃水中的溶解度为13.8g/L ），在空气中易升华。

PHBA 的分子中含有性质活泼的羟基和醛基，这使其成为一种重要精细化工中间体而在有机合成中广泛应用，目前主要应用于医药、农药、香料、石油化工、液晶及电镀等行业。

随着PHBA 应用领域的不断扩大，尤其是在20世纪中后期，其合成方法引起人们的关注，目前路线较多。

从原料路线来看，合成方法主要有苯酚法、对氨基苯甲醛法、对硝基甲苯法、对甲酚法以及微生物方法等，但这些方法大多存在产物收率低、纯度低、设备投入大和产品分离困难等问题。

但其中对甲酚直接催化氧化法具有流程短、操作简单、收率和纯度高、原料易得和三废量少等优点，是一条具有工业生产价值的工艺合成路线。

对甲酚催化氧化一般以甲醇为溶剂，过渡金属（如V 、Cr 、Mn 、Fe 、Co 、Ni 、Cu 、Ce 和Bi 等）盐或配合物为催化剂，加入过量的强碱，在分子氧作用下，将对甲酚的甲基氧化为醛基。

催化氧化对甲酚合成PHBA 工艺的关键是开发出简单、高效的催化剂。

因此，自20世纪80年代以来，催化剂的研究一直都是研究者们所关注的热点。

从现有的研究状况来看，可将催化剂分为均相催化剂和非均相催化剂2大类。

1均相催化剂催化氧化对甲酚均相催化氧化多在液相中进行，一般使用过渡金属的盐类为催化剂，催化剂完全溶解，高度分散于溶液中，每个金属原子都可参加反应，因而具有较高的活性。

1987年，日本Kamimura 等以铁、镍化合物为混合催化剂、甲醇为溶剂，用纯氧氧化对甲酚合成PHBA ，对甲酚转化率达40%～50%，PHBA 选择性为40%～60%[1]；1988年，Onodera K 以对甲酚为原料，在铜和钴化合物存在下，以甲醇为溶剂，用纯氧氧化对甲酚，产品收率可达82%[2]；1990年，孟买大学的Shreekumar N 等以CoCl 2为催化剂、甲醇为溶剂，对空气氧催化氧化对甲酚合成PHBA 进行了研究[3]；20世纪90年代初，埃因霍芬工业大学M P J Peeters 等以CoCl 2为催化剂、甲醇为溶剂，碱性条件下用分子氧氧化对甲酚，PHBA 的选择性可达80%[4]。

TiO2／ZnO2复合催化剂制备及光催化性能研究采用特殊液相沉淀法制取TiO2/ZnO2复合纳米光催化剂，对制备的催化剂通过XRD、TEM进行了表征；并在室外可见光下对甲基橙溶液进行了光催化降解实验，通过降解率对催化活性进行分析。

结果表明：纳米级TiO2/ZnO2复合催化剂的光催化活性高于单纯的TiO2，当TiO2/ZnO2比例为1：1时，600℃下焙烧30min得到的样品光催化活性最佳，在60min内对10mg/L 的甲基橙水溶液的降解率高达100%。

标签：特殊液相沉淀法复合光催化剂TiO2/ZnO2 光催化活性引言TiO2是一种非常实用的催化剂，尤其在污染十分严重、资源不断减少的今天，TiO2光催化剂的应用研究具有非常重要的意义。

虽然TiO2在光催化方面的应用已取得不少成绩，但依然存在很多问题需要解决，首先TiO2是禁带较宽的材料，只有太阳光谱中紫外光部分能被其吸收，所以紫外光通常作为激发源，但是实际的应用受限于太阳能利用效率低；其次在制备与回收过程中，超细纳米粒子极难被过滤；然后在存放过程中纳米粒子易团聚，这些在一定程度上限制TiO2光催化剂的广泛应用。

本实验通过TiO2与ZnO2的复合，一定程度上可以提高它对可见光的响应，从而提高提催化活性。

一、实验1.实验仪器及药品仪器：PHICTPS--EM420型透射电镜。

日本理学（RIGAKU）D/MAX--2500PC 型X型射线衍射仪。

沈阳市工业电炉厂制造KSY--12型电炉；上海申生科技有限公司W201-S恒温浴锅。

药品：氧化锌，分析纯上海金山化工厂。

氨水，优级纯，质量分数27%，北京化工厂。

四氯化，分析纯，广东汕头西陇化工厂。

2.TiO2/ZnO2复合纳米粉体的制备在室溫下准确量取氨水150mL，乙醇50mL，倒入250mL容量瓶中，加去离子水定容后放置在电磁搅拌器上搅拌10min，制得B液待用；按着复合比例，准确量取四氯化钛溶液，称取氧化锌固体，倒入250mL容量瓶中，加去离子水定容后放置电磁搅拌器上搅拌10min，制得A液待用。

石墨相氮化碳光催化剂的合成及其在环境工程领域的应用研究进展王楷;张高科【摘要】半导体光催化技术是当今世界范围内解决能源短缺和环境污染问题的一个重要方式.自石墨相氮化碳(g-C3N4)问世以来,石墨相氮化碳基光催化剂成为环境工程领域一个非常热门的研究课题.综述了g-C3N4基光催化剂的制备设计以及光催化产氢、污染物降解等环境工程领域研究进展,并对g-C3N4基光催化剂在环境工程中的发展进行了展望.【期刊名称】《湖北师范学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(036)002【总页数】5页(P76-79,99)【关键词】石墨相氮化碳;光催化剂;合成;环境工程【作者】王楷;张高科【作者单位】武汉理工大学资源与环境工程学院,湖北武汉 430070;武汉理工大学资源与环境工程学院,湖北武汉 430070【正文语种】中文【中图分类】O643日益严重的能源短缺和环境问题正威胁着人类健康和社会发展，研究者们试图以可持续的方式来解决这些问题。

半导体光催化技术具有不可估量的优势，它作为一种经济、安全、清洁、可再生的技术，只需用取之不尽的太阳光作为驱动力和合适的半导体作为光催化剂，便可催化反应，进行各种应用，如水分解产氢、降解有机污染物等。

1972年，Fujishima等人在TiO2电极的光电化学分解水的实验中发现了半导体的光催化性。

通过研究，许多半导体已被确定为潜在的紫外线或可见光下光催化材料，如TiO2[1]、ZnO[2]、SnO2[3]、Fe2O3、和CdS[4]等。

光催化反应涉及三个过程：光子吸收、电子-空穴对的产生和分离、催化表面反应。

因此，任何光催化性能的改进都需提高这三个过程。

聂煜瑶[5]研究了铋基可见光光催化剂的改性，王万胜[6]研究了几种高活性纳米复合光催化剂的制备及其可见光活性研究。

延长可见光吸收区域的一种有效的方式是在现有的半导体中掺杂其它物质(特别是二氧化钛)[7]。

现有的光催化剂的一个严重的缺点是光催化效率较低。