纳米铁酸铋及其改性物的环境催化性能

铁酸铋（BiFeO₃）是一种典型的钙钛矿型氧化物,具有一定的可见光催化和多相类芬顿催化性能。在可见光照射且存在过氧化氢的情况下,BiFeO₃可活化过氧化氢并产生强氧化性物种,这些物种会攻击污染物分子从而使其降解。但BiFeO₃量子效率不高,光生电子和空穴容易复合;其活化过氧化氢的能力也有待提高。本文综述了近二十年来铁酸铋及其改性物作为可见光催化剂及多相类芬顿催化剂的研究进展,重点介绍了在制备过程中对其形貌的调控、贵金属沉积、离子掺杂、半导体复合、或负载于其他材料表面等改善其环境催化性能方法与效果,改性后发现BiFeO₃的可见光催化和多相类芬顿催化性能均得到提升。最后,对铁酸铋复合催化剂未来的发展方向进行了展望。     

球形Bi4Ti3O12制备及其可见光催化性能

采用水热法合成球形钛酸铋复合氧化物光催化剂,利用SEM、XRD和UV-Vis DRS等表征手段对复合氧化物的晶体结构、微观形貌和光学性能进行了分析,结果表明,制备的钛酸铋复合氧化物为10 nm的球形颗粒,具有良好的晶型结构,禁带宽度为2.7 nm,有较好的可见光吸收能力。以亚甲基蓝、甲基橙及酸性品红为目标污染物,研究了复合氧化物在可见光下的光催化降解有机污染物的性能,并对光催化降解机理进行了探讨。结果表明,在可见光照射下,该复合氧化物对酸性品红降解效果明显优于亚甲基蓝和甲基橙,光照150 min下,降解率可达91%。     

球形Bi_4Ti_3O_(12)制备及其可见光催化性能

采用水热法合成球形钛酸铋复合氧化物光催化剂,利用SEM、XRD和UV-Vis DRS等表征手段对复合氧化物的晶体结构、微观形貌和光学性能进行了分析,结果表明,制备的钛酸铋复合氧化物为10 nm的球形颗粒,具有良好的晶型结构,禁带宽度为2.7 nm,有较好的可见光吸收能力。以亚甲基蓝、甲基橙及酸性品红为目标污染物,研究了复合氧化物在可见光下的光催化降解有机污染物的性能,并对光催化降解机理进行了探讨。结果表明,在可见光照射下,该复合氧化物对酸性品红降解效果明显优于亚甲基蓝和甲基橙,光照150 min下,降解率可达91%。     

水热环境下磁场对BiFeO_3形貌和性能的影响

以Bi(NO_3)_3·5H_2O和Fe(NO_3)_3·9H_2O为反应原料,KOH为矿化剂,通过在碱浓度为2~7 mol/L、反应温度为140~220℃的磁场水热反应系统中保温1~12 h制备了Bi Fe O_3粉体.研究发现,外加磁场可以拓宽合成纯相Bi Fe O_3的碱浓度和反应温度范围,更易得到纯相铁酸铋粉体.SEM观测结果表明,通过改变磁场强度可有效控制Bi Fe O_3粉体的颗粒尺寸及形貌:随着磁场的增强,Bi Fe O_3的颗粒尺寸逐渐减小.随着颗粒尺寸的减小,其光催化活性增强.磁场下得到的粉体表现出较强的磁性,Raman散射中A_1-2振动模式异常增强.     

铁酸铋可见光催化过一硫酸盐去除金橙Ⅱ

采用共沉淀法制备新型可见光催化剂铁酸铋,采用X射线衍射、扫描电子显微镜、FTIR对其进行表征,并研究铁酸铋激活过一硫酸盐(PMS)去除金橙Ⅱ的影响因素与金橙Ⅱ的降解规律。实验结果表明:初始pH值越低,金橙Ⅱ降解速率越高;随PMS浓度的增加,金橙Ⅱ去除率先增大后降低;随着铁酸铋用量增加,金橙Ⅱ去除率增大,当铁酸铋用量超过0.2g时,去除率趋于恒定;金橙Ⅱ初始浓度增加,去除率降低,但随时间增加,最终去除效果仍趋于一致;当金橙Ⅱ浓度为10 mg·L~(-1),PMS浓度为0.3 mmol·L~(-1),铁酸铋用量为0.2 g,反应时间为70 min时,金橙Ⅱ去除率可达到99.58%;金橙Ⅱ稳定降解时,符合拟一级动力学方程。     

一步法制备Bi2MoO6/CoMoO4绣花球结构及其光催化性能

以五水硝酸铋为铋源,采用简易的一步水热法合成出Bi_2MoO_6/CoMoO_4绣花球结构。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、荧光光谱(PL)和电化学测试等表征对所制备催化剂的物相组成、微观形貌、光学性质以及光生电荷复合效率进行了分析。研究结果表明,引入Bi_2MoO_6之后,Bi_2MoO_6/CoMoO_4复合异质结的光吸收范围明显被拓宽,其光生电荷的分离率也得到了提升。以亚甲基蓝和头孢曲松钠为污染物来模拟废水,在可见光的条件下评估催化剂样品的光催化降解活性。在可见光下光照60 min后,Bi_2MoO_6负载量为30%(w/w)的复合物具有最佳的光催化性能,其降解速率常数约为纯CoMoO_4的2倍。基于实验的所有表征,进一步地研究了Bi_2MoO_6/CoMoO_4体系相应的光催化机理。     

制备方法对负热膨胀性ZrW2O8粉体的颗粒大小以及负热膨胀性能影响的研究

采用共沉淀法、分步固相法和溶胶凝胶法制备负热膨胀性ZrW₂O₈粉体。以XRD、SEM和TEM对产物结构及形貌进行表征，以原位X射线衍射分析粉体的负热膨胀特性。结果表明3种方法所制备的粉体均为单一立方结构的α-ZrW₂O₈相，共沉淀法制备的粉体颗粒较大，平均尺寸约为2.5 μm × 3.0 μm，溶胶凝胶法制备的颗粒最小，平均尺寸达到100 nm。所得粉体均表现为较强的负热膨胀特性，当粉体粒径相差不大时，负热膨胀系数变化很小，当颗粒粒径降低到纳米级时，负热膨胀系数有减小的趋势。     

铋铁复合氧化物光催化材料的制备及其性能研究

采用共沉淀法制备了一系列铋铁复合氧化物光催化剂,并以可见光降解甲基橙为模型反应,研究其在可见光照射下降解甲基橙的光催化性能。详细考察了p H值、铋铁摩尔比、煅烧温度等对其光催化性能的影响。在优化条件下,铋铁摩尔比为2∶1、p H=3~4时制备出的样品具有较好的光催化性能,甲基橙的降解率可达到91.95%。     

大量锡锑存在下络合滴定铋

含锡锑试样中铋的络合滴定由于在用酸处理试样过程中易析出偏锡酸和偏锑酸而导致铋共沉淀,以及在滴定过程中锡锑水解使测定结果严重偏低等原因,目前基本上都是采用排除Sn.Sb的手续。试验表明,在酸溶样时加入一定量硝酸钾和柠檬酸能防止偏锡酸和偏锑酸析出。硝酸钾与柠檬酸在滴定过程中又能有效地阻止Bi、Sn、Sb水解;加入少量氟化铵掩蔽锡,可在100mg Sn、Zn以及50mg Fe、Al、Cu、Co、Ni、Sb Pb等元素存在下直接滴定铋。方法适用于锡锑试料、易熔合金中铋的测定。主要试剂铋标准溶液:用高纯铋(99.99％)按常法配制成1 mL含铋10mg(10％HNO_2介质)标准溶液;半二甲酚橙指示剂(0.25％);0.01mol/LEDTA标准溶液。分析步骤称取0.1000—0.2000g试样于300mL烧杯中,加入0.5—1g硝酸钾、20mL(1+1)硝酸、2mL盐酸,盖上表皿,置于低温电炉上加热溶解并蒸至糖浆状(剩1—2mL试液)取下,冷却。加入     

四角星形BiVO4/Bi2O3催化剂的制备及性能研究

采用水热法合成具有四角星形貌的钒酸铋,再将钒酸铋浸渍在碱溶液里二次水热,制备出BiVO₄/Bi₂O₃催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),紫外-射(UV-Vis DRS)等方法征。可见光下,BiVO₄/Bi₂O₃复合物的光催化降解丹明B性能及光电优于纯BiVO₄。BiVO₄/Bi₂O₃复合材料形成了异质结构,有效抑制了光电子与空穴的复合效率。     

漂浮型BiFeO3/膨胀珍珠岩的制备及其可见光催化性能

利用水热法制备了新颖的、漂浮型的膨胀珍珠岩(EP)负载BiFeO₃(BiFeO₃/EP)复合光催化材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和紫外可见漫反射(UV-Vis-DRS)对制备的复合材料进行了表征与分析。SEM和TEM结果清楚地表明BiFeO₃纳米粒子已被负载到EP表面。与纯BiFeO₃相比,BiFeO₃/EP复合材料明显提高了对可见光的吸收能力,减小了带隙宽度,在可见光下对亚甲基蓝(MB)的降解表现出更强的光催化活性。其中,70%BiFeO₃/EP复合材料对MB染料废水的光催化活性最高,其光催化反应一级速率常数是纯BiFeO₃的2.2倍。由于质轻中空的特点,制备的BiFeO₃/EP颗粒漂浮在液面上,有利于相分离和反应后光催化剂的回收。材料的重复性试验表明,复合材料在MB光降解过程中是相当稳定的。     

溶剂热法制备BiFeO_3基纳米颗粒光催化剂及其性能

以聚酰胺-胺(PAMAM)树形分子为稳定剂,采用溶剂热法制得了纯相BiFeO_3纳米颗粒(A)和BiFeO_3/Bi_(25)FeO_(40)/Fe_2O_3复合纳米颗粒(B),并采用HRTEM、XRD、UV-Vis、SQUID对其结构和性能进行了表征。2种颗粒结晶良好,粒径小于10 nm,能有效光催化降解亚甲基蓝,磁性回收率分别为74.6%(A)和90.2%(B)。BiFeO_3/Bi_(25)FeO_(40)/Fe_2O_3复合纳米颗粒的光催化与磁性能均优于纯相BiFeO_3纳米颗粒,是因为复合纳米颗粒含有多种相,相界面存在异质结构有利于光生载流子的分离和迁移,并且对可见光的吸收能力更强。     

Preparation and characterization of pure single-phase BiFeO3 nanoparticles through thermal decomposition of the heteronuclear Bi[Fe(CN)6]·5H2O complex

The heteronuclear Bi[Fe(CN)₆]·5H₂O complex was synthesized and single-phase perovskite-type BiFeO₃ nanoparticles with an average size of 30 nm were obtained by its decomposition at 600 °C. The complex and its decomposition products were analyzed using elemental analysis, thermal analysis (TGA/DTA/DSC), X-ray diffraction (XRD), Fourier-transformed infrared spectroscopy (FT-IR), UV–Vis spectroscopy, BET specific surface area measurement, scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and magnetic measurements. The magnetic measurement confirms that the product shows a ferromagnetic order at room temperature, which may be ascribed to the size confinement effect. The DTA and DSC results confirm the multiferroic nature of the BiFeO₃ nanoparticles with Neel and Curie points at 372 and 825 °C, respectively. The BiFeO₃ prepared by this method could be an appropriate visible-light photocatalytic material due to its strong absorption band in the visible region. This method is simple, low-cost, safe and also suitable for industrial production of high purity perovskite-type BiFeO₃ nanoparticles for electromagnetic applications.     

溶剂热法制备BiFeO3基纳米颗粒光催化剂及其性能

以聚酰胺-胺（PAMAM）树形分子为稳定剂,采用溶剂热法制得了纯相BiFeO₃纳米颗粒（A）和BiFeO₃/Bi₂₅FeO40/Fe₂O₃复合纳米颗粒（B）,并采用HRTEM、XRD、UV-Vis、SQUID对其结构和性能进行了表征。2种颗粒结晶良好,粒径小于10 nm,能有效光催化降解亚甲基蓝,磁性回收率分别为74.6%（A）和90.2%（B）。BiFeO₃/Bi₂₅FeO40/Fe₂O₃复合纳米颗粒的光催化与磁性能均优于纯相BiFeO₃纳米颗粒,是因为复合纳米颗粒含有多种相,相界面存在异质结构有利于光生载流子的分离和迁移,并且对可见光的吸收能力更强。     

BiOI负载MIL-101(Fe)@BiOI衍生BiFeO3@Fe2O3的增强光催化性能

采用溶剂热法合成了MIL-101(Fe)@BiOI复合材料,然后将其煅烧制备光催化性能增强的BiFeO₃@Fe₂O₃@BiOI三元复合材料。采用X射线衍射、扫描电镜、紫外可见漫反射吸收光谱等测试手段表征复合材料的组成、结构、形貌。将复合材料用于可见光照射下光催化降解四环素,研究复合比例(质量比)、pH和浓度对光催化性能的影响。电化学阻抗谱、光电流响应和莫特-肖特基曲线测试分析表明三元复合材料 BiFeO₃@Fe₂O₃@BiOI 表现出更强的光电流响应和更低的电荷转移电阻。当BiFeO₃、Fe₂O₃和BiOI三者理论质量比为1:1:1时,中性条件下降解活性最高,四环素去除率为81%。     

不同形貌Bi4Ti3O12粒子的可控合成及光催化性能

研究了用一步水热法制备的不同形貌的钛酸铋(Bi₄Ti₃O₁₂, BIT)粒子的光学和可见光催化性能, 并对其晶体结构和微观结构用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等手段进行了表征. XRD结果表明, 所制备的BIT 样品为层状钙钛矿结构. FESEM结果表明, 通过控制水热过程的反应参数可以得到不同形貌的纳米粒子. 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明BIT 样品的带隙能约为2.88-2.93 eV. 利用可见光(λ>420 nm)照射下的甲基橙(MO)降解实验评价了BIT 样品的光催化性能. 结果表明, BIT 的光催化活性比掺氮TiO₂ (N-TiO₂)高得多. 研究了形貌对BIT 光催化性能的影响. 所制备的BIT纳米带光催化效率最高, 经可见光照射360 min, 甲基橙溶液的降解率可达到95.0%.     

热力学模型研究KNO3-K2SO4-H2O和KNO3-KCl-H2O体系溶解度

用Pitzer-Simonson-Clegg热力学模型(PSC模型),分别拟合KCl-H2O、K2SO4-H2O、KNO3-H2O体系以及KNO3-K2SO4-H2O和KNO3-KCl-H2O体系水活度和溶解度实验数据,得到二元参数和三元离子相互作用参数,并以此计算3个二元盐水体系溶解度相图,及2个三元盐水体系在不同温度下的溶解度,结果表明计算值与实验值一致。     

立方晶型Sb2O3纳米晶的合成及光催化性能

采用沉淀法合成了立方晶型Sb2O3纳米晶,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和电子自旋共振谱(ESR)等对样品进行了详细的表征。以紫外光光催化降解甲基橙为反应模型评价了样品的光催化性能。结果表明:沉淀法合成的立方晶型Sb2O3纳米晶颗粒小,表现出良好的光催化性能。对立方晶型Sb2O3纳米晶光催化降解甲基橙的原因进行了探讨,并提出了降解甲基橙的反应机理。     

The phase diagram of KNO3-KClO3

The binary phase diagram of KNO₃-KClO₃ is studied by means of differential scanning calorimetry (DSC) and high-temperature X-ray diffraction. The limited solid solutions, K(NO₃)_1−x(ClO₃)_x (0<x<0.20) and K(NO₃)_1−x(ClO₃)_x (0.90<x<1.0), were formed in the KNO₃-based solid solutions and KClO₃-based solid solutions phase, respectively. For KNO₃-based solid solutions, KNO₃ ferroelectric phase can be stable from 423 to 223 K as a result of substituting of NO₃ by ClO₃-radicals. The temperatures for solidus and liquidus have been determined based on limited solid solutions. Two models, Henrian solution and regular solution theory for KNO₃-based (α) phase and KClO₃-based (β) phase, respectively, are employed to reproduce solidus and liquidus of the phase diagram. The results are in good agreement with the DSC data. The thermodynamic properties for α and β solid solutions have been derived from an optimization procedure using the experimental data. The calculated phase diagram and optimized thermodynamic parameters are thermodynamically self-consistent.     

Ag2S/Ag3PO4/Ni复合薄膜的制备及其光催化性能

采用电化学方法制备Ag_2S/Ag_3PO_4/Ni复合薄膜,以扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UVVis DRS)对薄膜的表面形貌、晶相结构、光谱特性及能带结构进行了表征,以罗丹明B为模拟污染物对薄膜的光催化活性和稳定性进行了测定,采用向溶液中加入活性物种捕获剂的方法对薄膜的光催化机理进行了探索。结果表明:最佳工艺制备的Ag_2S/Ag_3PO_4/Ni是由均匀的球形纳米颗粒构成的薄膜,其光催化活性明显优于纯Ag_3PO_4/Ni薄膜和纯Ag_2S/Ni薄膜,且在保持薄膜光催化活性基本不变的前提下可循环使用6次。提出了可见光下Ag_2S/Ag_3PO_4/Ni复合薄膜光催化降解罗丹明B的反应机理。