钨酸铋的修饰改性及其可见光光催化降解水中溴代阻燃剂的研究

Photocatalytic technology is one of very promising environment purification technology because the sunlight can be directly used as the excitation source to decompose/mineralize organic pollutants in wastewater. However, the lower sunlight utilization efficiency and poor photocataltoc activity is still the "bottleneck" problems which inhibit its practical application. In this project, noble metals/Bi2MxW1-xO6 (M = Nb, Ti) heterostructured composite, one of new efficient photocatalytic materials replacing titanium dioxide, will be synthesized by a mild solvothermal treatment-photodeposition method. Doping the lower valence state of the metal, such as Nb5+, Ti4+ to substitute part of W6+, an appropriate amount of oxygen vacancies will be formed in the bismuth tungsten crystals; Combining with the surface plasmon resonance effect of the noble metal nanoparticals, the quantum efficiency of bismuth tungsten can be improved, and the corresponding visible-light absorption range can also be broaden; The goal of improving the photocatalytic efficiency of bismuth tungsten can be realized.Sevel typical brominated flame retardants (BFRs) are selected as the target pollutants, the photocatalytic activities and stabilitied of as-prepared photocatalytic composite are investigated under the visible-light irridiation; The operating conditions of photocatalytic reaction are optimized; By the photoelectrochemical, free radicals and holes trapping experiments and the degradation intermediates analysis, the degradation mechanism of brominated flame retardants with different structures is propssed. It is expected to provide new effective and feasible technology to reduce the aqueous brominated flame retardants.

光催化技术可直接利用太阳光为激发源矿化分解水体中难降解有机污染物，是具有应用前景的水中有机污染物削减技术之一。然而，太阳能利用率低和太阳光光催化活性差是制约光催化技术实际应用的主要问题。本项目拟通过对钨酸铋修饰改性，开发新型高效二氧化钛替代型光催化材料，即采用溶剂热技术结合光沉积法制备贵金属沉积-铌或铋取代的钨酸铋异质结构光催化材料。通过较低价态过渡金属铌或铋的掺杂，在钨酸铋晶体内形成适量的氧空位，再结合贵金属纳米粒子的等离子共振效应，提高钨酸铋的量子效率并拓宽其可见光相应范围，实现提高钨酸铋总光催化效率的目标；以典型溴代阻燃剂为目标污染物，研究所制备的光催化材料的可见光光催化活性和稳定性，优化光催化反应的工艺操作条件，并通过光电化学手段、自由基和空穴捕获实验以及降解中间产物分析，提出改性的钨酸铋可见光光催化降解水中不同结构溴代阻燃剂的机理，为削减水中溴代阻燃剂提供高效可行的新技术。

近年来国内经济的快速发展带来的最大的一个负面影响就是环境污染；能源危机又是21世纪全球范围内共同面临的挑战之一。光催化技术因其可以利用太阳光这一无尽能源，快速、有效的将水和空气中的有机污染物分解直至完全矿化而备受关注。目前，如何有效提高光催化材料对可见光的响应仍是主要研究方向。.本项目采用溶剂热结合光沉积技术成功合成一系列以钨酸铋为代表的具有可见光响应的纳米光催化材料：Pt/Bi2NbxW1-xO6，Pt/BiOBr，BiOCl1-xBrx，Ag/GR/BiVO4，通过控制反应体系的合成条件，控制合成光催化材料的晶型、组成，得到纳米片、微米球、中空微米球和微米花等不同形貌的光催化剂；选取溴代阻燃剂、酚类化合物和染料的典型代表为目标污染物，系统评价所制备光催化材料的光催化活性和循环使用情况；结合各种表征手段，揭示对光催化材料所做的修饰改性与增强的可见光催化降解活性之间的关系，分析污染物降解路径和机理。实验证明所采取的离子取代和贵金属沉积等手段能够有效抑制光生电子和空穴的复合，提高量子效率，扩宽光吸收范围，提高可见光利用率。该类催化剂中空穴（hVB+）和超氧自由基（•O2-）是反应过程中其主要作用的活性物种；所制备光催化剂稳定，循环使用5次以上催化活性基本保持不变。以上研究结果可为开发新型可见光响应的光催化材料和削减水中有机污染物提供可借鉴的经验和技术。.项目资助发表SCI检索论文7篇，另有1篇在整理中；在项目执行期间，参加国内学术会议1次，与美国加州大学戴维斯分校Frank E. Osterloh教授合作交流，并有一篇文章待发表。.