BiOCl

BiOCl光催化降解MB染料废水的研究

作者：毛晓明

来源：《科技创新导报》2013年第10期

摘要：该实验制备了BiOCl光催化剂，并对其进行了XRD、TEM、HRTEM和DRS表征。结果表明所制得的BiOCl呈高纯单相，且具有层状结构，其带隙为3.19 eV。该催化剂对亚甲基兰（MB）具有良好的光催化活性，模拟太阳光照射60 min后，7 mg/L MB完全降解。机理研究表明羟基自由基在MB光催化降解过程中起主要作用。

关键词：BiOCl MB 光催化活性羟基自由基

中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）04（a）-0-02

近年来，半导体光催化剂用于处理废水中有机污染物的研究被广泛报道[1]。作为一种具有正方氟氯铅矿结构的重要的V-VI-VII族三元半导体，氯氧铋（BiOCl）逐渐成为人们的研究热点[2-3]。BiOCl光催化剂具有一些特定的性质，如层状结构、良好的光吸收性质及电磁性质[4]，这些性质使得我们相信BiOCl可以在染料废水处理中表现出良好的光催化活性。在该研究中，制备了具有层状结构的BiOCl光催化剂。作为一种p型半导体，BiOCl的带隙为3.19 eV。由于亚甲基兰（MB）是一种典型的存在于纺织废水中的有机染料，且其浓度便于通过光学吸收光谱法测定，因此在该文中以MB溶液作为目标物，对BiOCl的光催化活性进行了研究。结果表明在模拟太阳光照射下，BiOCl可以高效的降解MB；同时通过捕获剂实验，对MB的降解历程进行了研究。

1 实验方法

1.1 样品制备

实验所用原料为：NaBiO3·2H2O，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；无水乙醇，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；亚甲基蓝（methylene blue，MB），分析纯，天津市光复精细化工研究所；盐酸，分析纯。

称取3.160 g NaBiO3·2H2O分散于40 mL无水乙醇中，逐滴加入1.2 M盐酸溶液40 mL，得到白色沉淀。继续反应1 h后静置，分离，并用无水乙醇和去离子水洗涤该白色沉淀三次，在室温下干燥并研磨。

1.2 表征

采用DX-2700型X射线衍射仪分析催化剂的物相，Cu Kα射线，衍射角度为10°

1.3 光催化活性测定

在自制的150 mL圆柱状反应器中进行MB溶液的光催化反应，所用光源为XQ350W模拟太阳光，其照度为120 klx。配制7 mg/L 的MB溶液，并取该溶液100 mL，加入催化剂0.0200 g，避光搅拌1 h。吸附平衡后，开启模拟太阳光，隔一定时间取样4 mL，离心分离（10000

r/min，4 min），用Cary50分光光度计测定上清液在664 nm处的吸光度，根据朗伯-比尔定律计算溶液浓度变化。光催化降解率=（C0-Ct）/C0 ×100%（C0为达到吸附-脱附平衡后亚甲基蓝溶液的初始浓度，Ct为t时刻的浓度）。

2 结果与讨论

2.1 晶相及形貌分析

图1（a）为样品BiOCl的X射线衍射（XRD）谱。由图可见，BiOCl所有的特征衍射峰都与四方晶系BiOCl标准卡片（PDF NO.73-2060）相吻合，未发现其它晶相结构和杂质的XRD峰，说明合成了高纯的单相BiOCl。2θ=12.04 °、25.93 °、32.58 °和33.56 °处的衍射峰对应于BiOCl（001）、（101）、（110）和（102）晶面的特征衍射峰，同时尖锐的衍射峰表明BiOCl的结晶程度较完整，晶粒较大。图1（b-c）为BiOCl的透射电镜（TEM）和高分辨透射电镜（HRTEM）照片。由图1（b）可见BiOCl呈均匀的片层结构，样品结晶度较高，颗粒分散良好，晶粒之间没有明显的团聚现象。HRTEM照片（图1c）显示样品的晶面间距为0.344 nm，可指标为BiOCl（101）晶面。