SC光催化剂及其光催化脱硝性能研究.pdf

第 4 3卷 第 6期 2 0 1 5年 6月 燃料化学学报 J o u r n a l o f F u e l Ch e mis t r y a n d T e ch n o l o g y Vo 1 4 3 N0 6 J u n 2 01 5 文章编号 0 2 5 3 2 4 0 9 2 0 1 5 0 6 0 7 3 5 0 5 水 热合成 B i2 WO 6 S C光催化剂及其光催化脱硝性能研究 贾腾飞 王 亮 李春虎 闰 欣 杨微微 冯丽娟 中国海洋大学 化学化工学院 山东 青岛2 6 6 1 0 0 摘要 以活性半焦 S C 为载体 采用水热法合成新型可见光催化剂 B i 2 WO6 S C 利用 S E M B E T X R D F T I R和紫外可见 漫反射 uv is 光谱等系列手段对所制备的样品进行了表征 并以可见光 A 4 0 0 n m 为光源 模拟烟气中的 N O为氧化脱 除对象 进行光催化活性测试 结果表明 通过水热法合成的 B i WO 具有微米花形状 且光响应波长已扩展到4 0 0 n n l 以上的 可见光区 B i WO S C光催化脱硝剂性能最好 反应4 h后脱硝率仍高于 7 0 关键词 钨酸铋 烟气 光催化 脱硝 中图分类号 X 5 1 1 文献标 识码 A Hy dr o t h e r ma l s y n t he s is o f Bi2 W O6 S C ca t a l y s t a n d it s ph o t o ca t a l y t ic pe r f o r m a n ce in NO r e m o v a l A T e n g f e i wA N G L ia n g L I C h u n h u Y A N xin Y A NG We i we i F E N G L i j u a n C o l l e g e o fC h e mi s t r y a n d C h e mi ca l E n g i n e e r i n g O ce a n U n i v e r s i t y o fC h i n a Q i n g d a o 2 6 6 1 0 0 C h i n a Ab s t r a ct A n o v e l B i2 WO 6 S C p h o t o ca t a l y s t w a s s y n t h e s iz e d b y h y d r o the r ma l me t h o d with s e mi co k e s c a s the s u p po r t Th e a s p r e p a r e d ca t a l y s t wa s ch ara ct e r iz e d b y SEM 髓 T XRD 兀 1 一 I R a n d Uv v is d i f f us e r e fl e ct a n ce s p e ct r a it S p h o t o ca t a l y tic a ctiv it y i n NO o x id a tio n u n d e r v is ib l e l ig h t i r r a d ia tio n A 4 0 0 a m wa s e va l u a t e d Tl 1 e r e s u l t s in d ica t e t ha t Bi W O o b t a i n e d by h y d r o the r ma l me thod d is p l a ys micr o flo we r s t r u ct u r e a n d a bs o r p ti o n s p e ct r u m t o ward the v is i bl e l ig ht r e g io n a b o ve 4 0 0 a m Tl 1 e Bi2 W O6 S C ca t a l y s t e x hib it s e x ce l l e n t p h o t o ca t a l y t ic a cti v ity i n NO r e mo v al NO co n v e r s io n r e ma in s h ig h e r t h a l l 7 0 a f t e r r e a cti o n u n d e r i r r a di a t io n f o r 4 h Ke y wo r d s B i2 W O6 fl u e g a s p h o t o ca t a l y s is NO r e mo v al N O 作 为大气 的主要污染物之一 对人类的身 体健康和生活环境造成 了极大的危害 如酸雨 光化 学烟雾 呼吸道疾 病和 固体颗 粒物 P M 等 因此 NO 的污染 防治变得尤为迫切 目前 减少 NO 排放的方法 主要是选择性催化 还原法 这种脱 硝方法 的净 化效率 可达 到 8 5 以 上 其 主要缺点是 以 NH 作为还原剂 同时需使用 贵金属催化剂 投资费用大 催化剂易被毒害 半导 体光催化技术 以其强氧化性和能利用太 阳光等特点 吸引着众多学者 j 其 中 钙钛矿 结构 的复合 氧化 物 B i WO 作为一种新型的可见光响应 的催化纳米 材料受到广泛关注 2 6 Ya o等 采用微波水热法 合成了B i WO 发现当前驱体的p H值为 0 2 5时 微波水热法合成的样品具有最高的可见光下降解 R h B的活性 Z h ang等L 8 以甘氨酸为燃料 用低温燃 烧合成法 合成了纳米尺度的 B i WO 光催化剂 其 光催化降解苯酚的速率比固态法快了约4 O 倍 研究将 活性半焦 应 用于 N O催化 氧化反 应 活性半焦含有较多 的氢 氧和丰富的微孔结构 适合做脱硝光催化剂载体 通过简单的水热合成法 以 B i NO 和 Na WO 为原料 成 功制备 了具有 微花状的 B i WO S C光催 化剂 并对所 制备 的样 品进行 了表征 以可见光 为光源 对模 拟烟气 中的 NO进行氧化脱除 并考察了 B i WO S C的光催化 性能和稳定性 1 实验部 分 1 1 试 剂和 仪器 研究采用内蒙古乌兰矿业集团的鄂尔多斯褐煤 半焦 B i NO 5 H O AR 国药集 团化学试剂有 限公司 Na 2 WO 2 H 2 O AR 中国医药集 团上海化 学试剂公 司 Na O H A R 上海 埃彼化学试剂有 限 公 司 H NO 国 药 集 团 化 学 试 剂 有 限 公 司 K Q 3 2 0 0 D B型数控超声波清洗器 昆山市超声仪器 有限公司 磁力搅拌器 广州仪科实验室技术有限 公司 电恒温鼓风干燥箱 上海精宏实验室设备有 收稿 日期 2 0 1 4 1 2 2 4 修 回日期 2 0 1 5 0 2 1 0 基金项 目 青岛市科技发展计划 1 3 1 4 1 9 1 d ch 山东省博士后创新基金 2 0 1 2 0 3 1 0 5 联 系作者 王亮 1 9 8 1 一 男 博士 讲师 主要从事光催化剂 的设计和开发 E ma i l w a n g l i a n g g o o d 1 6 3 co m 7 3 6 燃料化学学报 第 4 3卷 限公司 DZ F 6 0 3 0 A型真空 干燥 箱 上海一恒科 学仪器有限公司 1 2 Bi WO S C光催化剂的制备和表征 取 0 4 9 5 g的 N a 2 WO 4 2 H2 O 溶 于 1 0 m L N a O H溶液中 同时取 0 4 8 5 g的 B i N O3 3 5 H 2 O 溶于 1 0 m L HN O3 溶液中 将所得的 Na 2 WO 4 2 H2 O 溶液逐滴加入 B i N O 5 H O溶液中 磁力搅拌 3 0 m in 然后加入 3 0 mL半焦混合 超声震荡 4 0 min 后倒入 1 0 0 m L聚四氟乙烯内胆的水热合成反应釜 中 并将反应釜放人真空干燥箱 中 在 1 6 0 o C下水热 反应 2 4 h 反应结束后 自然冷却 至室温 取 出样 品后置于 电恒温鼓风干燥箱中 在 1 2 0 o C下干燥 然后将所得物质于 4 0 0 o C高温煅烧 2 h 得到 B i WO S C催化剂 制备的样品用扫描电子显微镜 S 4 8 0 0 N型 日本 H I T A C HI 公司 观测样品粒子 的 微 观 形 貌 物 相 分 析 采 用 美 国 1 1 1 e 彻o Ni co l e t N E X US 4 7 0 型 红 外 光 谱 仪 比 表 面 积 由 Micr o me r it ics AS A P 2 0 0 0型比表面积和孔隙度 分析 仪 No r cr o s s G A 测定 对样品进行紫外 可见漫反 射谱测定采用 U 4 1 0 0型紫外 可见一 近红外光谱 仪 日本 日立高新技术公司 1 3 光催化脱硝实验 光催化实 验在 自行设 计 的反 应器 中进 行 用 O N O N 按照一定 比例配置模拟烟气 通过考察 模拟烟气的脱氮率 从而对所合成 的光催 化剂的脱 氮性能进行评价 用 5 0 0 W 的氙灯作为辐照光源 氙灯的光谱为 3 6 0 1 0 0 0 n m 主要在可见光 区域 将催化剂放于光化学反应器 中 模拟烟气 由下 向上 通过催化剂床层 在氙灯照射下进行光催化脱硝反 应 床层配有冷却水 以保证恒温环境 床层 温度为 1 1 0 o C 经过床层后的气体 由崂应 3 0 2 2型烟气综合 分析仪测其一氧化氮的含量 其中 转化率 X计算公式为 q O o Fx 1 0 0 1 0 式中 反应器入 口N O浓度 m g m 反 应器出口 N O浓度 mg m 2 结果与讨论 2 1 B E T表征 表 1为 S C和不 同催化剂样 品的孔结构性质 由表 1 可知 B i WO S C复合催化剂具有较大的 比 表面积 但与 S C相 比 B i WO S C光催化剂的比表 面积明显降低 总孔容有所减小 而平均孔径变化不 大 这可能是 由于 B i WO 覆盖了 S C表面 的大量 微孔 但 B i WO 颗 粒 并没 有 进 入 S C微 孔 内部 所致 表 1 半焦载体和催化剂 的表面和 孔结构 性质 Ta bl e 1 Te x t u r a l p r o p e r t ie s o f s e mi co ke a nd c a t a l ys t s 2 2 S E M 表征 图 1为 B i2 WO 6 B i2 WO 6 S C 和 半焦 的 S E M 照片 由图 1可知 水热合 成的 B i WO 为片状构 成的微球花状结构 未负载 B i WO 的鄂尔多斯半 焦表 面光 滑 清 晰 且有 大 量 的微孔 存 在 负 载 了 B i WO 后 半焦表面的 B i WO 仍然为片状构成的 微 球 花 状 结 构 同 时还 存 在 许 多 不 规 则 形状 的 B i WO 小颗粒 由 2 1 分析知道 B i WO 负载在半 焦上后 半焦的微孔结构有利于 N O分子的吸附 同 时也提高 了 B i WO 的有效 比表 面积 从 而提高 了 B i WO S C的光催化活性 2 3 XRD表征 图 2为 S C B i2 WO6 和 B i2 WO 6 S C复合光催化 剂的 XR D谱图 由图2可知 S C为无定形结构 合 成 的B i2 WO 样 品的 X R D峰与 B i WO 粉末衍射卡 片数据库 J C P D S 3 9 2 5 6 结果一致 水热法制备 的 B i WO S C复合光催化剂 的特征 峰 的强度相对于 纯的 B i WO 并 没有 明显 的减 弱 这说 明 B i WO 覆盖在 S C表面并没有进入 S C微孔内部 这与 B E T 和 S E M 分析结果相一致 2 4 F T I R表征 图 3为所制备样品的红外光谱谱 图 由图 3可 知 B i2 WO 6 S C和 B i2 WO 6在 7 3 1 cm 附近有 吸收 峰 由文献 l 5 可知 此处为 w o w 键 的伸缩振动 峰 B i WO S C和 S C在 1 1 1 0 cm 附近有强烈 的吸 收峰 此处为 B i o 和 C 0键 的伸缩振动峰 说 明 第 6期 贾腾飞 等 水热合成 B i WO 6 S C光催化剂及其光催化脱硝性能研究 7 3 9 f 参考文献 1 张丽莎 王焕丽 李世杰 柳建设 B i 2 WO6 基纳米 光催化剂 的研究进展 J 现代 化工 2 0 1 2 3 2 9 3 6 3 9 Z H A N G L i s h a WA N G H u a n l i L I S h i j i e L I U J i a n s h e R e s e a r ch p r o g r e s s i n B i2 WO 6 b a s e d n a n o p h o t o ca t a l y s t s J 2 0 1 2 3 2 9 3 6 3 9 2 3 4 5 6 7 8 9 1 O XI ONG J CHENG G LU Z TANG J YU X CHE N R BiOCOOH h ie r a r ch ica l n a n o s cU u cs S h a p e co n t r o l l e d s o l v o t h e r m al s y n t h e s is a n d p h o t o ca t a l y t i c d e g r a d a t io n perf o r m a n ce s J C r y s t E n g C o m m 2 0 1 1 1 3 2 3 8 1 I 2 3 9 0 ZHUO Y HUANG J CAO L OU YANG H W U J P h o ca t a l y t ic a cti v it y o f s n o w 1 ik e Bi2 W O6 micr o cr y s t a l l in e f o r d e co mp os itio n of R h o d a mi n e B u n d e r n a t u r a l s u n l i g h t i r r a d i a tio n J Ma m r L e t t 2 0 1 3 9 0 1 0 7 1 1 0 XU J AO Y CHEN M A s imp l eme tho df lo r山ep r e p a r a ti o n o fBi2 W O6 一 r e d u ce d g r a p h e n e o x id ewith e n h a n ce dp h o t o ca t a l y t ic a ct iv ity u n d e r v i s i b l e l ig h t i r r a d i a tio n J Ma t e r L e t t 2 0 1 3 9 2 1 2 6 1 2 8 T AN G J W Z O U Z G Y E J H P h o t o ca t a l y t i c d e co mp o s i tio n o f o r g a n ic co n t a mi n ant s b y B i 2 WO6 u n d e r v i s i b l e l i s h t i r r a di a t i o n J C a t a l L e u 2 0 0 4 9 2 1 2 5 3 5 6 Z HANG L W ANG W CHEN Z ZHOU L XU H ZHU W Fa b ri ca ti o n o f flo we r l ik e Bi2 W O6 s u pe r s t r u ct u res a s h ig h pe rfo r ma n c e v is ib l e 1 i g h t d r iv e n p h o t o e a t a l y s t s l J Ma t e r Ch e m 2 0 0 7 1 7 2 5 2 6 2 5 3 2 Y AO S WE I J HU AN GB F E NG S Z I I A NGX Q X WAN G P WAN GZ Z H A NGQ J I NGX Z H AN J Mo r p h o l o g ymo d u l a t e d g r o wt h o f b i s mu th t u n g s t e n o x i d e n ano cr y s t a l s J S o l i d S t a t e C h e m 2 0 0 9 1 8 2 2 2 3 6 3 9 ZHANO Z W ANG W S HANG M Y N W Lo w t e mp e r a t u r e co m b u s t io n s y n t h e s is o f Bi W 06 n an o p a r t icl e s as a v is ib le l i