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基于鑄酸鈣光催化劑的廢水監(jiān)測及凈化技術(shù)

  鎢酸鈣具有高的穩(wěn)定性、無毒、電荷轉(zhuǎn)移和分離效率高等有點,在廢水監(jiān)測和環(huán)境凈化領(lǐng)域具有潛在的應用。但是,由于采用硝酸鈣和鎢酸為原材料制備鎢酸鈣,容易形成氧化鉤的雜質(zhì),需要在更高溫度將鈣氧化物和氧化鵠反應才能獲得鎢酸鈣。因此,需要改進制備方法,以期在更低溫度下獲得高純的鎢酸鈣。本文以硝酸鈣、鎢酸、檸檬酸、丙烯酰胺為原材料制備了鎢酸鈣光催化劑,并研究了該光催化劑的晶體結(jié)構(gòu)、光學性質(zhì)和光催化活性。

  一、實驗

  1.1 鎢酸鈣半導體光催化劑的合成

  稱取適量的可溶性硝酸鈣、鎢酸、檸檬酸、丙烯酰胺,其中檸檬酸和丙烯酰胺分別用作絡(luò)合劑和交聯(lián)劑。將稱量好的上述試劑按順序依次溶解在80mL去離子水中,每加一種試劑前都需要檢查上一種試劑是否完全溶解。檸檬酸與金屬離子的摩爾比為1.2:1,丙烯酰胺與金屬離子的摩爾比為5:1。當所有試劑溶解后,升溫至80°C,約4h后獲得黑色凝膠體。將凝膠體進行干燥、研磨并在700°C進行燒結(jié),獲得鎢酸鈣半導體光催化劑。

  1.2 鎢酸鈣半導體光催化劑的表征

  采用X射線粉末衍射儀表征鎢酸鈣半導體光催化劑的晶相結(jié)構(gòu),采用紫外可見分光光度計表征鎢酸鈣半導體光催化劑的光學性質(zhì)和能帶值,釆用分光光度計表征鎢酸鈣半導體光催化劑的光催化活性。

  二、結(jié)果與討論

  鎢酸鈣半導體光催化劑的晶體結(jié)構(gòu)可通過XRD圖進行觀察,圖1給出了它的XRD圖譜。

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  由圖可知,所有衍射峰均為鎢酸鈣的峰,與標準JCPDS卡片號為22-1086的峰值完全對應。通過謝樂公式(1),計算鎢酸鈣半導體光催化劑的晶粒尺寸約為37nm。

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  這里,D、k、λ、β、β0和θ分別代表晶粒尺寸、形狀因子,取0.9、入射線波長,鎢酸鈣半高寬,標準樣品半高寬和衍射角。研究結(jié)果表明,采用傳統(tǒng)的溶膠凝膠法可合成鎢酸鈣半導體光催化劑。

  圖2是鎢酸鈣半導體光催化劑的紫外可見吸收光譜圖,波長測試范圍為200-850nm.

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  由圖可知,在200-600nm波長范圍內(nèi),鎢酸鈣半導體光催化劑具有強的紫外可見光吸收能力。利用Tauc公式(2),計算出鎢酸鈣半導體光催化劑的能帶值約為2.23eV。

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  這里F(R)、h、n、A和n分別是吸光度、普朗克常數(shù)、頻率、常數(shù)和n=l/2。

  半導體光催化在光催化過程中,可通過對其進行光降解研究,測量染料廢水的濃度,進而達到監(jiān)測廢水的目的。

  圖3是鎢酸鈣光催化劑的光催化降解活性圖,染料為酸性品紅,染料的濃度為0.5g/L,鎢酸鈣含量為0.5g/L。當無鎢酸鈣時,經(jīng)4h模擬太陽光降解酸性品紅,酸性品紅幾乎不降解,表明酸性品紅非常穩(wěn)定。當使用鎢酸鈣作為催化劑時,在模擬太陽光照4h后,光催化降解率約為91%o可見,鎢酸鈣在環(huán)境凈化領(lǐng)域具有潛在的應用。

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  三、結(jié)論

  采用傳統(tǒng)的溶膠凝膠法制備了鎢酸鈣半導體光催化劑,其晶粒尺寸約為37nm。紫外可見吸收光譜分析表明,鎢酸鈣半導體光催化劑具有較強的紫外可見吸收能力,能帶值約為2.23eV。將其用于降解酸性品紅染料,在模擬太陽光照4h后,降解率達到91%??梢?,鎢酸鈣半導體光催化劑在廢水監(jiān)測和環(huán)境凈化技術(shù)領(lǐng)域具有潛在的應用。( >

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