2024年8月12日发(作者：纵晨)

第37卷第1期

2019年1月

文章编号：1004-3918（2019）01-0048-05

河南科学

HENANSCIENCE

Vol.37No.1

Jan.2019

BiOI/ZrO

2

光催化降解甲基橙性能研究

孙海杰，陈凌霞，李晓艳，杨梦丽，蔡文娟

（郑州师范学院化学化工学院，环境与催化工程研究所，郑州

摘

450044）

剂光催化降解甲基橙性能的影响.结果表明，随BiOI负载量的增加，BiOI/ZrO

2

催化剂吸附甲基橙和降解甲基橙的

能力都先升高后降低.当BiOI与ZrO

2

物质的量比为0.5时，催化剂吸附甲基橙的能力和光催化降解甲基橙的能力

下，BiOI与ZrO

2

物质的量比为0.5的催化剂吸附和降解甲基橙能力都比纯BiOI的强.甲基橙在不同BiOI负载量的

BiOI/ZrO

2

催化剂上降解反应为一级反应，BiOI与ZrO

2

物质的量比为0.5的催化剂上速率常数最大（0.024min

-1

）.

关键词：光催化；甲基橙；碘氧化铋；二氧化锆

中图分类号：O643.3文献标识码：A

都达到最佳，甲基橙吸附率达到了69.7%，甲基橙降解率达到了94.9%.在BiOI负载量相同和制备方法相同情况

要：采用沉淀-浸渍法制备了不同BiOI负载量的BiOI/ZrO

2

催化剂，并考察了不同BiOI负载量对BiOI/ZrO

2

催化

PerformanceofBiOI/ZrO

2

CatalystforPhotocatalytic

DegradationofMethylOrange

（InstituteofEnvironmentalandCatalyticEngineering，DepartmentofChemistry，ZhengzhouNormalUniversity，Zhengzhou450044，China）

SUNHaijie，CHENLingxia，LIXiaoyan，YANGMengli，CAIWenjuan

Abstract：BiOI/ZrO

2

catalystswithd

effectsofdifferentBiOIloadingsontheperformanceofBiOI/ZrO

2

catalystsforthephotocatalyticdegradationof

ultsshowedthattheabilityofBiOI/ZrO

2

catalysttoadsorbmethylorange

anddegrademethylorangewas

theratioofBiOItoZrO

2

was0.5，wefoundtheabilityofthecatalysttoadsorbmethylorangeandtheabilityof

orptionrateofmethylorangereached69.7%，and

thedegradationrateofmethylorangereached94.9%.UnderthesameconditionsofBiOIloadingandpreparation

method，theabilityofthecatalystwitharatioofBiOItoZrO

2

of0.5toadsorbanddegrademethylorangewasstronger

tocatalyticdegradationofmethylorangeoverBiOI/ZrO

2

catalystswiththedifferent

BiOIloadingswasfollowedthefirstorderreaction，andtherateconstantovertheBiOI/ZrO

2

catalystwithamolar

ratioofBiOItoZrO

2

of0.5wasthelargest.

Keywords：photocatalytic；methyorange；BiOI；ZrO

2

随着工业的复兴，排放到环境中的有机污染物的种类和数量不断增多，环境污染问题日益严重

.

在目前

［1-2］

我国的江河湖泊等都

面临的环境污染问题中，污水问题并长期处于环境污染治理问题的前列

.

现如今，

受到大面积不同程度的损害，而这些损害的来源一般都是食品加工、造纸等工业废水

.

在这些工业废水中，

收稿日期：2018-08-23

基金项目：河南省科技攻关项目（4，3）；河南省高等学校重点科研项目（18A150018）；郑州师范学

院环境催化科研创新团队（702010）；郑州师范学院大学生创新实验计划项目（DCZ2017014）；郑州地方高校市

级大学生创新创业训练计划建设项目

作者简介：孙海杰（1982-），男，副教授，博士，研究方向为多相催化

通信作者：陈凌霞（1968-），女，教授，研究方向为精细品化工

引用格式：孙海杰，陈凌霞，李晓艳，等.BiOI/ZrO

2

光催化降解甲基橙性能研究［J］.河南科学，2019，37（1）：48-52.

毒性强、色度深、抗光解、抗热等特点，

有机污染物所占的比例不断增加

.

而大多数有机废水具有成分复杂、

［3］［4］［5］

如何

采用传统的物理、生化或化学氧化法处理的过程中存在着降解速率低、降解周期长等问题

.

因此，

高效合理地处理有机废水已经成为目前大家所关注的热点问题

.

光

随着环境污染问题的日益加剧，相对应地出现了许多新型的污水处理技术

.

在众多新型处理技术中，

［6-9］

净化空气等时因具

催化降解技术显示出诱人的研究前景

.

作为最早出现的光催化材料TiO

2

在处理污水、

［10］

（约3.2eV），TiO

2

只能对紫外

有无污染物、无毒、卫生安全等特点而备受关注

.

但同时由于它的禁带较宽

［11］［12］

BiOI/Bi

2

WO

6

光催化材料

、BiOI基合光催化材料、AgI/BiOI异质

光响应，在实际应用中受到限制

.

近年来，

［13］

催化剂等对可见光响应的材料被开发出来，其中BiOI是一种具有优良光催化降解性能的催化剂

.

然而，

在使用过程中，单独使用BiOI作为光催化材料时存在着许多弊端，如BiOI见光易分解等

.

二氧化锆是一种

具有优良性能的载体，这是由于二氧化锆是唯一一种同时拥有酸性、碱性和氧化性的载体，而且二氧化锆固

本文用沉淀-浸渍法制备了BiOI/ZrO

2

催化剂，通过

体是一种p-型半导体，在使用时容易形成氧空穴

.

因此，

ZrO

2

和BiOI共同作用来提高BiOI的光催化降解有机污染的性能

.

1实验部分

1.1实验仪器和药品

1.1.1药品ZrO（自制，制备方法见参考文献［14］），硝酸（分析纯，北京化工厂），五水合硝酸铋、氢氧化钠、

2

聚乙烯吡咯烷酮、碘化钠（分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司）

.

1.1.2实验仪器智能磁力搅拌器（ZNCL-G型，巩义市科华仪器设备有限公司），大功率LED光源（CEL-LED

型，北京中教金源科技有限公司），紫外可见分光光度计（TU-1800型，北京普析通用公司），循环水式真空泵

（SHZ-DⅢ型，巩义市予华仪器有限责任公司）

.

1.2催化剂制备

用台秤称取0.79gBi（NO

3

）放入500mL圆底三颈烧瓶中，并加入150mL蒸馏水

.

再称取2.0g

3

·5H

2

O，

开启搅拌

.

向烧瓶中加入2.5mL3mol/L

ZrO

2

、2.0gPVP（聚乙烯吡咯烷酮），倒入烧瓶中

.

同时放入磁子，

加入65mL的蒸馏水溶解，备用

.

用1mol/LNaOH溶液调节三

HNO

3

溶液

.

称取0.42gNaI固体置于小烧杯中，

之后用蒸馏水调节反应液pH至2.7

.

将圆底三颈烧瓶置于60℃的恒温油浴锅

颈烧瓶中的反应液pH为2.6

，

将油浴温度调节至

中，将上述NaI溶液倒入滴液漏斗中，缓慢滴加到三颈烧瓶中（每秒约2~3滴）

.

滴加后，

并用蒸馏水洗涤催化剂至中性

.

最后将制备的催化剂

120℃，当温度升到120℃时，冷凝回流4h

.

趁热抽滤，

得到BiOI与ZrO

2

物质的量之比为0.1的BiOI/SiO

2

催化剂

.

将Bi（NO

3

）

放入60℃真空干燥箱中干燥4h

，

3

·5H

2

O

的质量改为1.58、2.37、3.95、5.53、7.11g，NaI的量同比例增加，其他步骤同上，制备BiOI和ZrO

2

的物质的量

比分别为0.2，0.3，0.5，0.7，0.9的BiOI/SiO

2

催化剂

.

不同BiOI和SiO

2

的物质的量比的BiOI/SiO

2

催化剂记作

BiOI/SiO

2

-x，x为BiOI和SiO

2

的物质的量比

.

1.3光催化性能评价

倒入反应釜中

.

移取200mL10.06mg/L的甲基橙溶液倒

打开LED灯，预热30min

.

称取0.20g催化剂，

时间为60min，使反应液与催化剂吸附

入反应釜中，放入磁力搅拌子，调节搅拌速度

.

将反应釜进行避光处理，

缓慢打开LED光源的冷凝水，再打开LED光源，在匀速搅拌下进行光催化降解反应，并间隔

平衡，取样

.

然后，

将样品放入离心机进行离心分离，设置转速为10000r/min，时间为10min

.

一定时间进行取样

.

取样结束后，

离心时间结束后，取出离心管，缓慢取上层的澄清液，用TU-1800型分光光度计测量溶液的吸光度

.

1.4催化剂表征

催化剂物相在日本理学公司的UltimaIV型X-射线衍射仪（XRD）上进行测定，使用的扫射射线是CuK

α

射线，其管电压、管电流分别为40kW、40mA，扫描的2θ范围为10°~90°

.

催化剂的禁带宽度在Cary-5000型

UV-Vis漫反射吸收光谱仪上进行测定，扫描范围为200~800nm

.

2结果与讨论

BiOI/ZrO

2

催化剂样品

图1给出了BiOI和ZrO

2

不同物质的量比的BiOI/ZrO

2

催化剂的XRD图

.

可以看出，

-49-

2019年1月

河南科学

第37卷第1期

上出现了BiOI和ZrO

2

特征衍射峰，没有多余的衍射峰存在，说明所制备的BiOI/ZrO

2

催化剂是由BiOI相和

明所制备BiOI/ZrO

2

催化剂中BiOI相含量增加

.

2024年8月12日发(作者：纵晨)

第37卷第1期

2019年1月

文章编号：1004-3918（2019）01-0048-05

河南科学

HENANSCIENCE

Vol.37No.1

Jan.2019

BiOI/ZrO

2

光催化降解甲基橙性能研究

孙海杰，陈凌霞，李晓艳，杨梦丽，蔡文娟

（郑州师范学院化学化工学院，环境与催化工程研究所，郑州

摘

450044）

剂光催化降解甲基橙性能的影响.结果表明，随BiOI负载量的增加，BiOI/ZrO

2

催化剂吸附甲基橙和降解甲基橙的

能力都先升高后降低.当BiOI与ZrO

2

物质的量比为0.5时，催化剂吸附甲基橙的能力和光催化降解甲基橙的能力

下，BiOI与ZrO

2

物质的量比为0.5的催化剂吸附和降解甲基橙能力都比纯BiOI的强.甲基橙在不同BiOI负载量的

BiOI/ZrO

2

催化剂上降解反应为一级反应，BiOI与ZrO

2

物质的量比为0.5的催化剂上速率常数最大（0.024min

-1

）.

关键词：光催化；甲基橙；碘氧化铋；二氧化锆

中图分类号：O643.3文献标识码：A

都达到最佳，甲基橙吸附率达到了69.7%，甲基橙降解率达到了94.9%.在BiOI负载量相同和制备方法相同情况

要：采用沉淀-浸渍法制备了不同BiOI负载量的BiOI/ZrO

2

催化剂，并考察了不同BiOI负载量对BiOI/ZrO

2

催化

PerformanceofBiOI/ZrO

2

CatalystforPhotocatalytic

DegradationofMethylOrange

（InstituteofEnvironmentalandCatalyticEngineering，DepartmentofChemistry，ZhengzhouNormalUniversity，Zhengzhou450044，China）

SUNHaijie，CHENLingxia，LIXiaoyan，YANGMengli，CAIWenjuan

Abstract：BiOI/ZrO

2

catalystswithd

effectsofdifferentBiOIloadingsontheperformanceofBiOI/ZrO

2

catalystsforthephotocatalyticdegradationof

ultsshowedthattheabilityofBiOI/ZrO

2

catalysttoadsorbmethylorange

anddegrademethylorangewas

theratioofBiOItoZrO

2

was0.5，wefoundtheabilityofthecatalysttoadsorbmethylorangeandtheabilityof

orptionrateofmethylorangereached69.7%，and

thedegradationrateofmethylorangereached94.9%.UnderthesameconditionsofBiOIloadingandpreparation

method，theabilityofthecatalystwitharatioofBiOItoZrO

2

of0.5toadsorbanddegrademethylorangewasstronger

tocatalyticdegradationofmethylorangeoverBiOI/ZrO

2

catalystswiththedifferent

BiOIloadingswasfollowedthefirstorderreaction，andtherateconstantovertheBiOI/ZrO

2

catalystwithamolar

ratioofBiOItoZrO

2

of0.5wasthelargest.

Keywords：photocatalytic；methyorange；BiOI；ZrO

2

随着工业的复兴，排放到环境中的有机污染物的种类和数量不断增多，环境污染问题日益严重

.

在目前

［1-2］

我国的江河湖泊等都

面临的环境污染问题中，污水问题并长期处于环境污染治理问题的前列

.

现如今，

受到大面积不同程度的损害，而这些损害的来源一般都是食品加工、造纸等工业废水

.

在这些工业废水中，

收稿日期：2018-08-23

基金项目：河南省科技攻关项目（4，3）；河南省高等学校重点科研项目（18A150018）；郑州师范学

院环境催化科研创新团队（702010）；郑州师范学院大学生创新实验计划项目（DCZ2017014）；郑州地方高校市

级大学生创新创业训练计划建设项目

作者简介：孙海杰（1982-），男，副教授，博士，研究方向为多相催化

通信作者：陈凌霞（1968-），女，教授，研究方向为精细品化工

引用格式：孙海杰，陈凌霞，李晓艳，等.BiOI/ZrO

2

光催化降解甲基橙性能研究［J］.河南科学，2019，37（1）：48-52.

毒性强、色度深、抗光解、抗热等特点，

有机污染物所占的比例不断增加

.

而大多数有机废水具有成分复杂、

［3］［4］［5］

如何

采用传统的物理、生化或化学氧化法处理的过程中存在着降解速率低、降解周期长等问题

.

因此，

高效合理地处理有机废水已经成为目前大家所关注的热点问题

.

光

随着环境污染问题的日益加剧，相对应地出现了许多新型的污水处理技术

.

在众多新型处理技术中，

［6-9］

净化空气等时因具

催化降解技术显示出诱人的研究前景

.

作为最早出现的光催化材料TiO

2

在处理污水、

［10］

（约3.2eV），TiO

2

只能对紫外

有无污染物、无毒、卫生安全等特点而备受关注

.

但同时由于它的禁带较宽

［11］［12］

BiOI/Bi

2

WO

6

光催化材料

、BiOI基合光催化材料、AgI/BiOI异质

光响应，在实际应用中受到限制

.

近年来，

［13］

催化剂等对可见光响应的材料被开发出来，其中BiOI是一种具有优良光催化降解性能的催化剂

.

然而，

在使用过程中，单独使用BiOI作为光催化材料时存在着许多弊端，如BiOI见光易分解等

.

二氧化锆是一种

具有优良性能的载体，这是由于二氧化锆是唯一一种同时拥有酸性、碱性和氧化性的载体，而且二氧化锆固

本文用沉淀-浸渍法制备了BiOI/ZrO

2

催化剂，通过

体是一种p-型半导体，在使用时容易形成氧空穴

.

因此，

ZrO

2

和BiOI共同作用来提高BiOI的光催化降解有机污染的性能

.

1实验部分

1.1实验仪器和药品

1.1.1药品ZrO（自制，制备方法见参考文献［14］），硝酸（分析纯，北京化工厂），五水合硝酸铋、氢氧化钠、

2

聚乙烯吡咯烷酮、碘化钠（分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司）

.

1.1.2实验仪器智能磁力搅拌器（ZNCL-G型，巩义市科华仪器设备有限公司），大功率LED光源（CEL-LED

型，北京中教金源科技有限公司），紫外可见分光光度计（TU-1800型，北京普析通用公司），循环水式真空泵

（SHZ-DⅢ型，巩义市予华仪器有限责任公司）

.

1.2催化剂制备

用台秤称取0.79gBi（NO

3

）放入500mL圆底三颈烧瓶中，并加入150mL蒸馏水

.

再称取2.0g

3

·5H

2

O，

开启搅拌

.

向烧瓶中加入2.5mL3mol/L

ZrO

2

、2.0gPVP（聚乙烯吡咯烷酮），倒入烧瓶中

.

同时放入磁子，

加入65mL的蒸馏水溶解，备用

.

用1mol/LNaOH溶液调节三

HNO

3

溶液

.

称取0.42gNaI固体置于小烧杯中，

之后用蒸馏水调节反应液pH至2.7

.

将圆底三颈烧瓶置于60℃的恒温油浴锅

颈烧瓶中的反应液pH为2.6

，

将油浴温度调节至

中，将上述NaI溶液倒入滴液漏斗中，缓慢滴加到三颈烧瓶中（每秒约2~3滴）

.

滴加后，

并用蒸馏水洗涤催化剂至中性

.

最后将制备的催化剂

120℃，当温度升到120℃时，冷凝回流4h

.

趁热抽滤，

得到BiOI与ZrO

2

物质的量之比为0.1的BiOI/SiO

2

催化剂

.

将Bi（NO

3

）

放入60℃真空干燥箱中干燥4h

，

3

·5H

2

O

的质量改为1.58、2.37、3.95、5.53、7.11g，NaI的量同比例增加，其他步骤同上，制备BiOI和ZrO

2

的物质的量

比分别为0.2，0.3，0.5，0.7，0.9的BiOI/SiO

2

催化剂

.

不同BiOI和SiO

2

的物质的量比的BiOI/SiO

2

催化剂记作

BiOI/SiO

2

-x，x为BiOI和SiO

2

的物质的量比

.

1.3光催化性能评价

倒入反应釜中

.

移取200mL10.06mg/L的甲基橙溶液倒

打开LED灯，预热30min

.

称取0.20g催化剂，

时间为60min，使反应液与催化剂吸附

入反应釜中，放入磁力搅拌子，调节搅拌速度

.

将反应釜进行避光处理，

缓慢打开LED光源的冷凝水，再打开LED光源，在匀速搅拌下进行光催化降解反应，并间隔

平衡，取样

.

然后，

将样品放入离心机进行离心分离，设置转速为10000r/min，时间为10min

.

一定时间进行取样

.

取样结束后，

离心时间结束后，取出离心管，缓慢取上层的澄清液，用TU-1800型分光光度计测量溶液的吸光度

.

1.4催化剂表征

催化剂物相在日本理学公司的UltimaIV型X-射线衍射仪（XRD）上进行测定，使用的扫射射线是CuK

α

射线，其管电压、管电流分别为40kW、40mA，扫描的2θ范围为10°~90°

.

催化剂的禁带宽度在Cary-5000型

UV-Vis漫反射吸收光谱仪上进行测定，扫描范围为200~800nm

.

2结果与讨论

BiOI/ZrO

2

催化剂样品

图1给出了BiOI和ZrO

2

不同物质的量比的BiOI/ZrO

2

催化剂的XRD图

.

可以看出，

-49-

2019年1月

河南科学

第37卷第1期

上出现了BiOI和ZrO

2

特征衍射峰，没有多余的衍射峰存在，说明所制备的BiOI/ZrO

2

催化剂是由BiOI相和

明所制备BiOI/ZrO

2

催化剂中BiOI相含量增加

.