摘要
染料废水的色度高、有机物含量高、成分复杂且具有毒性，对环境和人体健康造成严重危害，高效处理染料废水一直是环境治理的重点。近年来，光催化技术由于其低成本、高效率、无二次污染等优点成为一种处理染料废水的新兴方法，其中以TiO2为代表的半导体光催化剂更是受到广泛研究。然而，TiO2的禁带宽度大、吸附性差、光生载流子复合率高且回收困难，使它在实际应用中受到诸多限制。因此，本文通过溶胶?凝胶法将Bi掺杂进TiO2晶格内来改善禁带宽度和光生载流子分离，并将光催化剂负载到比表面积大、具有层状结构的蒙脱石上，以增强吸附性和可回收性，最终制备了Bi掺杂TiO2/蒙脱石复合材料。系统研究了复合材料的结构特征和光学性质，并以罗丹明B作为模拟染料废水进行了光催化降解试验，探究了可见光下复合材料的光催化性能。 研究结果表明：在Bi/Ti摩尔比为7%、蒙脱石悬浮液质量分数为2%、煅烧温度为600℃、煅烧时间为3h条件下制备的Bi掺杂TiO2/蒙脱石复合材料具有最高的光催化活性。复合材料中TiO2主要为锐钛矿相，Bi以Bi3+取代Ti4+形式掺杂进了TiO2晶格内部，掺杂后复合材料的比表面积增大到123.62m2/g、禁带宽度降低至2.80eV、光生载流子的分离也得到增强。在可见光下复合材料光催化降解罗丹明B的试验中发现，Bi掺杂TiO2/蒙脱石复合材料的吸附性较TiO2、钠基蒙脱石、TiO2/蒙脱石复合材料有了较大提升，可在25min达到吸附平衡，吸附过程符合拟二级动力学方程。酸性环境和适宜浓度的溶液能提高罗丹明B的降解率。当罗丹明B溶液的pH为2.1、初始浓度为10mg/L、复合材料投加量为0.5g/L时降解效果最好，经过30min暗吸附、150min光照后罗丹明B降解率可达97.12%，光催化过程可用Langmuir-Hinshlwood一级动力学方程描述，且在反应体系中起主要作用的活性物种为空穴和超氧自由基，二者与罗丹明B发生氧化还原反应。此外，重复使用试验表明，Bi掺杂TiO2/蒙脱石复合材料具有优异的稳定性。
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