p-n型異質(zhì)結(jié)釩酸鉍光催化氧化微囊藻毒素機(jī)理研究.pdf

1、水體富營養(yǎng)化產(chǎn)生的微囊藻毒素(Microcystins,MCs)是一種傳統(tǒng)凈水技術(shù)難以去除的致癌毒素，其中MC-LR和MC-RR型微囊藻毒素的生理毒性最大，對(duì)人類的危害主要是通過飲用水直接進(jìn)入人體，特異性地抑制蛋白磷酸酶活性而誘發(fā)癌癥，飲用水源的污染已經(jīng)成為目前關(guān)注的焦點(diǎn)。
　　光催化氧化技術(shù)作為一種新型化學(xué)氧化處理技術(shù)，能成功去除水體中有毒有機(jī)化合物，不帶來二次污染，運(yùn)行工藝簡(jiǎn)單、易操作、催化劑價(jià)格便宜、以自然界中的太陽光作為光

2、源等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的TiO2光催化劑因其禁帶寬度較大(3.20eV)、可見光利用率低(＜387nm)、光生電子-空穴對(duì)復(fù)合率高等缺點(diǎn)限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。
　　單斜相釩酸鉍(BiVO4)是一種新型的半導(dǎo)體材料，具有獨(dú)特的電子分布、特殊的片層狀結(jié)構(gòu)和合適的禁帶寬度，具備良好的光學(xué)性質(zhì)和催化性能。目前制備的BiVO4因其導(dǎo)帶電位低，載流子遷移困難，可見光光電子產(chǎn)率低。因此有必要對(duì)BiVO4催化劑進(jìn)行了一些改性修飾的探究以提高其吸附能力，降

3、低其光生電子和空穴簡(jiǎn)單復(fù)合幾率，從而增強(qiáng)其光催化氧化性能。
　　因p-n型異質(zhì)結(jié)型光催化劑的組成和形貌控制試圖解決催化劑在應(yīng)用中的問題，現(xiàn)制備了兩種光催化性能優(yōu)異的p-n型異質(zhì)結(jié)釩酸鉍復(fù)合光催化劑BiVO4-BiOBr和Ag2O-BiVO4，在可見光(λ≥420nm)光源照射下，選擇有機(jī)染料、無色小分子和微囊藻毒素作為目標(biāo)化合物，研究了這兩種異質(zhì)結(jié)光催化劑光催化氧化有機(jī)污染物的光化學(xué)特征，跟蹤不同催化體系降解過程中的中間產(chǎn)物及氧化

4、物種的變化，探討其可能的光催化氧化機(jī)理，具體內(nèi)容如下：
　　1.通過溶劑熱法成功地制備了具備高效可見光響應(yīng)的多級(jí)鳥巢狀結(jié)構(gòu)BiVO4-BiOBr異質(zhì)結(jié)光催化劑并進(jìn)行表征。以多種有機(jī)染料、無色小分子等為目標(biāo)降解物，在可見光照射下異質(zhì)結(jié)型光催化劑BiVO4-BiOBr的光催化活性明顯優(yōu)于單一BiVO4和BiOBr。這主要是由于在光降解的過程中p-n型異質(zhì)結(jié)體系促使了光生電子與光生空穴的分離，提高了光催化劑的量子效率。
　　2.將

5、所制備的異質(zhì)結(jié)型光催化劑BiVO4-BiOBr對(duì)MC-LR和MC-RR進(jìn)行吸附和降解實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該異質(zhì)結(jié)催化劑對(duì)MC-LR和MC-RR兩種微囊藻毒素具有一定的選擇特異性，同時(shí)說明有效吸附是高效降解的基礎(chǔ)。HPLC-MS數(shù)據(jù)表明BiVO4-BiOBr對(duì)MCs的降解過程中主要是自由基進(jìn)攻其Adda不飽和雙鍵、Mdha的烯鍵及羧基。
　　3.在Ag/Ag2O-BiVO4復(fù)合催化劑中，Ag粒子因形成局部電場(chǎng)加快了電子和空穴的形成速率，同

6、時(shí)作為陷阱通過捕獲電子加速了電子空穴的分離，Ag2O與BiVO4形成p-n型異質(zhì)結(jié)能實(shí)現(xiàn)電子空穴的有效分離。ESR結(jié)果表明，該體系主要涉及·OH和h+。通過進(jìn)一步的參比實(shí)驗(yàn)表明，Ag2O和Ag的相互協(xié)同作用使Ag/Ag2O-BiVO4復(fù)合光催化劑的可見光催化活性得到顯著提高，其中Ag2O因與BiVO4形成p-n型異質(zhì)結(jié)對(duì)其光催化活性起主導(dǎo)作用。
　　4.將得到Ag/Ag2O-BiVO4異質(zhì)結(jié)復(fù)合催化劑對(duì)MC-RR進(jìn)行光催化氧化降解