摘要
随着核化工行业、电镀电催化行业和漂洗印染行业的高速发展，可放射性核工业废水、高浓度重金属废水以及难降解生化废弃物等污染物大量堆积于人类生存的环境中，不仅对自然生态平衡带来了毁灭性灾害，更是对人类的生存环境带来了重大影响。另一方面，人类对资源和能源的利用率非常低，特别是对不可再生资源的开采量越来越大，但开发可再生新能源的进度却十分缓慢。如不改善这一现状，人类在未来会面临能源供应不充分、生存环境质量直线下降的双重打击。就针对于水体环境来说，我们急需解决的问题是消除水体环境中的污染物。在水体污染源中，染料废弃物超过200万吨，已经成为水体环境中的重要污染源之一。本课题以卤氧化铋类纳米半导体材料和类沸石咪唑骨架化合物（ZIF-67）为出发点，进行了如下的研究： （1）为了实现对有机染料废水的治理，设计实验探究BiOX1/BiOX2的制备工艺。首先利用水热合成法分别在不同实验条件下制备了BiOBr和BiOCl纳米半导体光催化剂，然后利用一锅法和水热合成法制备出BiOCl/BiOBr异质结复合光催化剂。选用罗丹明B(RhB)作为检验所制备材料光催化性能的目标污染物进行降解实验，探究了BiOBr和BiOCl物质的量配比、反应时间、pH、催化剂剂量和污染物浓度等条件在光催化反应中的影响。结果表明，在温度为25℃、pH为6.0、催化剂用量为20.0mg的条件下，BiOCl/BiOBr物质的量之比为3:7的复合光催化剂在120min内对RhB的降解效率最高。之后，通过准一级动力学方程分析了光催化降解过程，提出了一种可能的光催化反应机理。电子-空穴对的高效分离，复合材料的高比表面积在光催化反应中十分重要。经总结得出，所制备的BiOCl/BiOBr异质结复合光催化剂在处理含有RhB染料的废水方面有非常大的潜力。 （2）为了进一步探究卤氧化铋的光催化能力，同时克服污水处理过程中染料和光催化剂难分离的问题，以沸石咪唑酯骨架材料ZIF-67为负载，BiOBr为载体，制备BiOBr/ZIF-67异质结复合光催化剂，并将其用于降解废水中的罗丹明B(RhB)。通过改变Co/Bi的摩尔配比来控制ZIF-67在BiOBr上的负载量。结果显示，BiOBr/ZIF-67(30%)在经过60min暗处理和120min光照后对RhB的去除率为95.2%。通过XRD、FT-IR、SEM和BET来确定ZIF-67的确切负载量，通过PL、UV-Vis和M-S来分析光催化机理。结果表明BiOBr/ZIF-67复合材料制备成功，并可能是一种Z-scheme型异质结复合光催化剂。此外，循环实验说明BiOBr/ZIF-67具有良好的稳定性且易于从污水中分离。回收干燥后的BiOBr/ZIF-67能继续使用，在4次循环实验后降解效率不低于原来的80%。 （3）为了探索BiOBr、BiOCl和ZIF-67三种材料复合后是否具有更优的光催化性能，本工作将实验过程中光催化性能最优的BiOCl/BiOBr(3:7)同ZIF-67进行再复合，制备出BiOCl/BiOBr/ZIF-67，实验方法仍然选用水热合成法和一锅法。为了探究催化剂对复杂染料废水的处理能力，将BiOCl/BiOBr/ZIF-67置于可见光下处理混合染料废水，包括亚甲基蓝（MB）、刚果红（CR）和罗丹明B(RhB)的混合溶液。实验证明，BiOCl/BiOBr/ZIF-67的光催化能力相比于BiOCl/BiOBr、BiOCl/ZIF-67和BiOBr/ZIF-67都有显著提升。因此，选用BiOCl/BiOBr/ZIF-67作为光催化剂进行有机染料废水处理的线路是可行的。
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