● 摘要
水资源污染己经成为现代社会中不可忽视的一个重要问题。目前，废水的常规处理方法主要有化学氧化法、物理吸附法和生物降解法等，但是，这些常规方法都有一定的缺陷。自20世纪七十年代起，无公害环境修复技术和清洁能源选择性供应的发展为此提供了新的方法。主要是利用太阳能进行半导体光催化处理污水。目前关于纳米光催化材料的研究，大多数集中在二氧化钛或者二氧化钛的改性方面，但是由于TiO2能带较宽，对可见光的响应能力差，应用前景因此受到一定的限制。本文通过制备铋基半导体光催化剂，来研究高效新型可见光响应光催化剂。本论文利用水热法和化学共沉淀的方法，制备和表征了多种新型半导体纳米结构的可见光催化剂及其光催化活性，并系统的研究了它们对有机染料催化性能和光催化机理。本论文的主要内容归纳如下：
1. 采用水热法合成了具有在可见光下响应的单斜相BiVO4微纳米结构。通过实验发现在水热反应中添加不同量的乙二胺会影响BiVO4的微观结构。在可见光照射下，研究了单斜相结构的BiVO4对亚甲基蓝染料的光催化活性，结果表明在反应溶液中加入0.4 ml乙二胺所合成BiVO4的光催化活性最佳，该样品具有比表面积较大，而且具有(001)晶面结构，从而增强了样品的光催化活性。
2. 采用化学共沉淀法合成了高比表面的BiOCl纳米片结构。对所制备BiOCl纳米片在不同温度进行热处理，然后研究在可见光照射下对亚甲基蓝和甲基橙染料溶液的降解，发现400oC热处理后的BiOCl纳米片对甲基橙染料具有显著的降解效果，能在10 min内完全降解10 mg/L的甲基橙染料溶液；500oC热处理后的BiOCl纳米片在19 min内完全降解10 mg/L的亚甲基蓝染料溶液。采用化学共沉淀法制备不同质量分数BiOCl/TiO2纳米结构，发现质量分数为20%的BiOCl/TiO2纳米复合结构能在10 min内完全降解10 mg/L的罗丹明B染料溶液，质量分数为15%的BiOCl/TiO2纳米复合结构能在30min内完全降解10 mg/L的甲基橙染料溶液。其原因是利用不同禁带宽度半导体复合的BiOCl/TiO2复合结构有利于吸收可见光从而通过光敏化机制来增强光催化剂的催化活性。
3. 采化学共沉淀法制备5%、10%和20%质量分数的BiOCl/Fe3O4磁性复合纳米颗粒。并且在可见光的照射下通过研究不同质量分数的BiOCl/Fe3O4磁性复合纳米结构对罗丹明B染料溶液的光催化降解性能。通过实验发现，在可见光照射条件下，10%的BiOCl/Fe3O4磁性复合纳米结构对罗丹明B染料溶液表现出很高的光催化降解性能，BiOCl/Fe3O4磁性复合纳米结构能被磁性介质反复回收利用且保持着高效、稳定的光催化活性。BiOCl/Fe3O4磁性复合纳米结构有望在可见光照射下的实际处理废水中取得光明的应用前景。