多元铋基催化剂材料的制备及其催化性能研究.pdf

摘要

近年来，随着工业和生活的发展，环境污染问题日益严重。类芬顿效应和光催

化技术作为环境治理高效且环保的方法，引起了越来越多人的关注。同属于高级氧

化工艺（AdvancedOxidationProcesses,AOPs）的芬顿效应和过氧单硫酸盐

（Peroxomonosulfate,PMS）活化催化效应被人们广泛利用。PMS活化不仅成本较

低，而且其催化活性较高。其中，因为PMS活化反应产生的硫酸根自由基（SO4*-）

比芬顿效应产生的羟基自由基（*OH）的氧化还原电位更高，氧化能力更强，对污

染物结构的破坏性更强，且对环境不会造成二次污染，因此PMS活化催化技术有

望取代芬顿效应成为在环境治理方面先进和高效的方法。光催化是另一种性能优

异、成本低且无二次污染的重要的环境治理手段。多元铋基材料因其特有的结构和

性质是光催化领域备受关注的材料。根据其结构特征多元铋基材料也可为PMS活

化催化反应提供容易得失电子的金属离子，但目前国内外将多元铋基材料应用于

PMS活化催化效应的研究尚极为有限。本论文合成了几组多元铋基材料，研究其

在PMS活化催化中的作用机理，并用以降解极难降解的吡虫啉展现该体系的催化

性能。主要研究内容如下：

（1）通过水热法制备了三种催化剂材料：BiFeO、BiVO和BiWO，在表征

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其结构后评价它们对吡虫啉的光降解和PMS活化催化效果。结果表明，具有钙钛

矿结构的BiFeO表现出远高于非钙钛矿结构材料（如BiVO和BiWO）的催化

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降解效果。具体而言，BiFeO3在可见光照射条件下，1h内能够降解10%的吡虫啉。

而BiFeO/PMS体系在相同时间内，可降解26.6%的吡虫啉，降解效率显著提升。

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这一现象可以归因于BiFeO在PMS作用下能够生成具有强氧化性的SO*和*OH，

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从而增强了其催化活性。这些研究结果证明BiFeO3在污染物降解中的潜在应用价

值。

（2）水热法制备了与BiFeO具有相似钙钛矿结构的BiMO(M=Co、Mn)，并

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用于PMS活化催化体系，评价对吡虫啉的降解效果。实验结果显示，BiCoO/PMS

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对吡虫啉的降解效果明显优于BiMnO/PMS和BiFeO/PMS体系。当pH值为9、

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催化剂初始投加量为0.4g/L、PMS初始投加量为1g/L时，BiCoO/PMS体系在1

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h内对20mg/L吡虫啉水溶液的降解率为80.3%。按照拟一级动力学模型进行拟合

计算得到其降解速率常数(k)为0.0401min-1。这一结果是由于钴离子的存在，

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BiCoO更容易活化PMS并生成高活性的SO*和*OH，更有效地破坏吡虫啉的分

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子结构，加速其降解。此外，BiCoO3作为钙钛矿型材