Pechini溶胶-凝胶法合成硅酸铋及其光催化性能研究

Pechini溶胶-凝胶法合成硅酸铋及其光催化性能研究Pechini溶胶-凝胶法合成硅酸铋及其光催化性能研究

摘要：

本文采用Pechini溶胶-凝胶法成功合成了硅酸铋（Bi2SiO5）纳米粉体，并通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和紫外-可见漫反射光谱（UV-VisDRS）等技术对其结构和形貌进行表征。进一步，利用罗丹明B（RhB）溶液为模型废水，探究了合成的硅酸铋在可见光照射下的光催化性能。研究结果表明，由Pechini溶胶-凝胶法合成的硅酸铋呈现出较高的结晶度，并具有大量的纳米颗粒。光催化实验表明，硅酸铋对罗丹明B溶液的降解效果较好，其光催化性能可与其他常用光催化材料媲美。

1.引言

随着工业化进程的加快，废水排放量不断增加，对环境造成了严重的污染问题。光催化技术因其高效、低成本等优势而备受关注。近年来，研究人员发现，一些半导体材料在可见光照射下具有良好的光催化性能，其中硅酸铋作为一种潜在的可见光光催化材料受到了广泛的关注。

2.实验方法

2.1材料合成

本实验采用Pechini溶胶-凝胶法合成硅酸铋纳米粉体。将铋（Bi）络合合物和硅（Si）络合合物混合在酸性溶液中，形成溶胶。随后将溶胶在120℃下蒸发干燥得到凝胶。最后，在800℃下进行煅烧处理。

2.2结构和形貌表征

通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和紫外-可见漫反射光谱（UV-VisDRS）等技术对合成的硅酸铋进行结构和形貌表征。

2.3光催化性能研究

以罗丹明B（RhB）溶液为模型废水，研究特定浓度的硅酸铋在可见光照射下对废水的光催化降解效果。根据光催化反应过程中废水颜色的变化，使用紫外-可见分光光度计（UV-Vis）监测反应过程。

3.结果和讨论

3.1结构和形貌表征

XRD分析结果显示，合成的硅酸铋纳米粉体为纯相Bi2SiO5，具有良好的结晶性。SEM结果显示，硅酸铋呈现出较小的颗粒大小和较均匀的形貌分布。UV-VisDRS结果显示，硅酸铋在可见光区域具有较高的吸光能力。

3.2光催化性能研究

光催化实验结果显示，硅酸铋对罗丹明B溶液的降解效果较好。在可见光照射下，罗丹明B的浓度呈现出明显的降低趋势，反应速率较高。此外，研究过程中发现，在一定的硅酸铋浓度下，光催化降解效果随着反应时间的增加而增强，但随着硅酸铋浓度的继续增加，降解速率反而降低。

4.结论

本研究成功采用Pechini溶胶-凝胶法合成了硅酸铋纳米粉体，并对其进行了结构和形貌表征。进一步的光催化实验结果表明，合成的硅酸铋对罗丹明B溶液的降解效果良好，具有潜力成为一种有效的可见光光催化材料。然而，仍需进一步优化硅酸铋的制备工艺以及深入研究其光催化机制，以提高其应用性能。同时，还需要进一步研究硅酸铋对其他废水污染物的光催化降解效果，为其在废水处理领域的应用提供更多的实验数据和理论依据综合以上研究结果，本研究成功合成了具有良好结晶性和形貌分布的硅酸铋纳米粉体。光催化实验结果显示，硅酸铋对可见光具有较高的吸光能力，能够有效降解罗丹明B溶液。此外，硅酸铋的光催化降解效果在一定浓度范围内随着反应时间的增加而增强，但随着浓度的继续增加，降解速率反而下降。因此，硅酸铋纳米粉体有潜力成为一种有效的可见光光催化材料，在废水处理领域具有广阔的应用前景。然而，为了进一步提高其应用性能，还需要优化硅酸铋的制备工