導(dǎo)語(yǔ)：光催化劑表征及光催化分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

［摘要］為研究降解污水處理廠高濃度有機(jī)物廢水監(jiān)測(cè)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，分析烏魯木齊市某污水處理廠的進(jìn)水水樣，通過控制Y利用凝膠溶膠法在500℃下煅燒2h制備出不同Y摻雜量的BFO光催化納米粉末，粉末粒徑較小，約為5～6nm，由不規(guī)則的顆粒團(tuán)聚成球狀且表面粗糙，隨著Y摻雜量的增加，顆粒粒徑逐漸減小，摻雜量能夠增強(qiáng)可見光響應(yīng)能力，有效抑制電子－空穴對(duì)的復(fù)合，提高光催化降解效率。研究表明，BFO光催化降解剛果紅溶液時(shí)，純鐵酸鉍對(duì)剛果紅的降解率為35%左右，Y5樣品對(duì)剛果紅的去除率可達(dá)到86%，比純鐵酸鉍的降解效果增加56%左右。剛果紅濃度與其初始濃度之比(Ct/C0)隨時(shí)間的變化成指數(shù)關(guān)系，符合擬一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。

［關(guān)鍵詞］光催化劑;剛果紅;電子－空穴;鐵酸鉍

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)自身的生存環(huán)境造成不同程度的破壞，直接或間接影響人類健康以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)健康發(fā)展［1］。難降解有機(jī)污染物在水體中廣泛且持久存在。中國(guó)在全球范圍內(nèi)屬于湖泊密度較大的國(guó)家之一，湖泊在供給淡水、漁業(yè)、維護(hù)生態(tài)環(huán)境等多個(gè)方面占有重大比重。水體中常見的有機(jī)污染物有以下幾種:酚類化合物、苯胂酸類化合物、石油類、苯系物、有機(jī)氯農(nóng)藥、有機(jī)磷農(nóng)藥、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯等。其中，染料廢水是常見的有機(jī)工業(yè)廢水，在實(shí)際工程中常常伴有染料廢水的處理，常見的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)染料污染物有剛果紅、羅丹明B、甲基橙、孔雀石綠等。鐵酸鉍(BiFeO3，簡(jiǎn)寫B(tài)FO)是一種常見的新型的多鐵性光催化材料，具有鐵電性和反鐵磁性以及較窄的禁帶能隙，是當(dāng)前多鐵材料研究熱點(diǎn)之一。BFO不僅在自旋電子器件和鐵電儲(chǔ)存方面有較大的應(yīng)用潛力，而且在光催化降解方向也有著非常大的前景。BFO作為一種典型的鈣鈦礦材料，其本身的禁帶能隙為2.2～2.8eV，對(duì)紫外光和可見光都能產(chǎn)生響應(yīng)，表現(xiàn)出較好的光催化活性，在光催化降解污染物、環(huán)境凈化及光解水制氫等方面有著誘人的前景［2］。但是在光催化實(shí)驗(yàn)中，此材料有光生空穴與電子對(duì)分離困難、材料表面吸附性能相對(duì)較差，導(dǎo)致可見光光電子產(chǎn)率低以及光生電子和空穴易于復(fù)合等缺點(diǎn)。

1Bi1－xYxFeO3光催化劑的表征

1.1不同Y摻雜量BFO樣品的紅外光譜分析

圖1為不同Y摻雜量的BFO樣品的FT－IＲ譜圖。從圖1中可以看出，在500℃下煅燒2h的所有樣品的紅外譜圖均相似，在550cm－1和440cm－1處有明顯的屬于FeO6八面體中的Fe－O和Bi－O鍵的2個(gè)吸收峰。與薩特勒標(biāo)準(zhǔn)紅外光柵光譜集對(duì)照發(fā)現(xiàn)，特征峰的位置和形狀并不是完全相同，表明此次合成的樣品是有雜質(zhì)的，與上述的XＲD分析結(jié)果一致。綜上所述，Y摻雜量的增加引起晶粒尺寸減小、比表面積增加、吸收峰發(fā)生藍(lán)移等［3］。圖1不同含量Y摻雜BFO的紅外光譜圖

1.2不同Y摻雜量BFO的磁滯回線分析

圖2為室溫下不同含量Y摻雜BFO光催化粉末的M－H關(guān)系圖。由圖2可以看出，隨著Y的摻雜，BFO的磁化強(qiáng)度并沒有顯著變化，而光催化效果最好的Y5反而磁化強(qiáng)度最小，可能是因?yàn)閅3+本身為非磁性電子，Y的摻雜沒有起到增加磁化強(qiáng)度的作用。除此之外，由XＲD和FT－IＲ可知，樣品中存在Bi2O3雜質(zhì)，也可能是因?yàn)殡s質(zhì)的存在造成磁化強(qiáng)度的降低。

2Bi1－xYxFeO3光催化劑的光催化及分析

2.1不同Y摻雜量BFO的光催化性能分析

不同Y摻雜的BFO催化劑對(duì)剛果紅隨時(shí)間變化的降解曲線見圖3。由圖3可知，剛果紅濃度與其初始濃度之比隨時(shí)間的變化成指數(shù)關(guān)系，符合擬一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程［4］。在20mg/L剛果紅溶液中加入0.1g光催化粉末進(jìn)行光催化降解，通過比較發(fā)現(xiàn)，未摻雜的BFO對(duì)剛果紅的降解率最低，僅僅達(dá)到30%左右;隨著摻雜Y濃度增加，降解效率也隨著增加，在摻雜濃度5%Y時(shí)，也就是Y5對(duì)剛果紅的降解效果達(dá)到最好，光反應(yīng)120min降解率可達(dá)到86%，比未摻雜的樣品催化效果提高56%左右。但是當(dāng)Y的摻雜濃度達(dá)到7.5%時(shí)，對(duì)剛果紅的降解率反而下降。上述結(jié)果說明，適當(dāng)摻雜Y可以提高BFO的催化性能。由以上各項(xiàng)表征結(jié)果可知，Y的摻雜抑制了BFO晶體增長(zhǎng)，引起晶體畸變，產(chǎn)生缺陷能級(jí)，適當(dāng)缺陷的存在可以擴(kuò)展對(duì)光的吸收范圍，提高光生載流子的分離效率［5］，降低光生電子與空穴的復(fù)合概率;同時(shí)顆粒粒徑減小，比表面積增大，活性位點(diǎn)增多，加快光生電子－空穴的擴(kuò)散速率，提高光催化材料性能。

2.2不同Y摻雜量BFO對(duì)于水中COD降解分析

不同Y摻雜的BFO催化劑對(duì)COD的降解曲線見圖4。此次實(shí)驗(yàn)污水選自某污水廠進(jìn)水水樣，水樣含懸浮物、渾濁、含黑色污泥、惡臭。取500ml廢水水樣分別加入0.1gBiFeO3、Bi0.95Y0.05FeO3光催化劑，經(jīng)暗反應(yīng)30min后，利用300W氙燈照射120min，將光催化反應(yīng)后的上清液取300ml左右用于COD含量檢測(cè)。通過試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，原廢水水樣的COD含量為85mg/L，加入BFO納米顆粒后的水樣COD濃度減小到70mg/L，而加入Bi0.95Y0.05FeO3光催化納米粉體后的水樣COD濃度為58mg/L。結(jié)果顯示，加入催化劑后實(shí)驗(yàn)過后的水樣，懸浮物明顯減少，更加清澈，微微渾濁［6］，輕微臭味，燒杯底部白色絮狀物，加入BFO后COD濃度減少17%;而加入Bi0.95Y0.05FeO3后COD的濃度含量降解31%。鐵酸鉍催化劑對(duì)水中的COD濃度有一定的降解作用，摻雜Y后催化劑比純鐵酸鉍對(duì)COD的降解效果更好［7］。

3結(jié)論

本文為研究降解污水處理廠高濃度有機(jī)物廢水監(jiān)測(cè)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持［8］，通過研究烏魯木齊市某污水處理廠的進(jìn)水水樣，研究結(jié)果如下:1)BFO光催化降解剛果紅溶液時(shí)，純鐵酸鉍對(duì)剛果紅的降解率為35%左右，Y5樣品對(duì)剛果紅的去除率可達(dá)到86%，比純鐵酸鉍的降解效果增加56%左右。剛果紅濃度與其初始濃度之比(Ct/C0)隨時(shí)間的變化成指數(shù)關(guān)系［9］，符合擬一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。2)BFO光催化降解廢水溶液后，COD濃度減少17%，而加入Y5樣品后COD的濃度含量降解了31%。鐵酸鉍催化劑對(duì)水中的COD濃度有一定的降解作用，摻雜Y后催化劑比純鐵酸鉍對(duì)COD的降解效果更好。3)加入草酸銨以后，催化劑對(duì)剛果紅的降解率為43.6%左右。由此可知，復(fù)合光催化劑光催化降解剛果紅時(shí)起主要作用的活性物質(zhì)是空穴［10］。

作者：房睿 單位：新疆維吾爾自治區(qū)水文局