荧光灯辐照下光催化剂湿法脱汞研究(3)

2.1.5 光催化剂稳定性分析 实际应用中，光催化剂不仅要具备较高的光催化活性，还需具有良好的稳定性。图6为基本烟气下Ag@AgCl(0.2)-BiOCl光催化剂的循环脱汞实验结果（反应时间为1 h）。由图6可以看出，4次循环实验后，Ag@AgCl(0.2)-BiOCl的脱汞效率仍高达90%，表明该光催化剂的稳定性较好。

图6 Ag@AgCl(0.2)-BiOCl的循环光催化脱汞性能Fig. 6 Hg0 removal performance of consecutive experiments by Ag@AgCl(0.2)-BiOCl

2.2 表征分析

2.2.1 N2吸附-脱附与 SEM 分析 利用 Brunauer-Emmett-Teller(BET)方法测试得到 AgCl、BiOCl和Ag@AgCl(0.2)-BiOCl催化剂的比表面积、总孔容和平均孔径，其结果如表1所示。由表1可以看出，Ag@AgCl(0.2)-BiOCl催化剂的比表面积、总孔容和平均孔径分别为 0.38 m2·g?1、1.87×10?3 cm3·g?1 和19.52 nm。与AgCl和BiOCl相比，这3个参数均发生了不同程度的降低。Ag@AgCl(0.2)-BiOCl较低的比表面积和良好的脱除特性表明其脱汞过程为化学反应，而非物理吸附所致。

图7给出了 AgCl、BiOCl、AgCl(0.2)-BiOCl和Ag@AgCl(0.2)-BiOCl的SEM图。由图7知，AgCl为由1～3 μm不规则物质组成的大小约为50 μm的小颗粒。BiOCl为8～20 μm不等的3D球状颗粒，其表面由短片状物质构筑而成。与AgCl和 BiOCl相比，AgCl(0.2)-BiOCl的结构发生较大变化，其颗粒较小，由大小不均的片状物质组成，表明已经成功合成了AgCl-BiOCl复合物质。经UV灯照射后，Ag@AgCl(0.2)-BiOCl表面的片状物质变得较为疏松和光滑，且其颜色变深，表明其表面单质银(Ag)颗粒的形成。

表1 各样品的物理结构参数Table 1 Physical properties of different samplesSamples Surface area/(m2·g?1)Total pore volume/(cm3·g?1)Average pore diameter/nm AgCl 2.66 2.26×10?2 34.08 BiOCl 4.13 5.59×10?2 54.11 Ag@AgCl(0.2)-BiOCl 0.38 1.87×10?3 19.52

图7 各催化剂的SEM图Fig. 7 SEM images of samples

图8 各样品XRD谱图Fig. 8 XRD patterns of samples

2.2.2 XRD分析 图8为各光催化剂的 XRD谱图。图8可以看出，BiOCl催化剂在 2θ=11.9°、24.2°、25.9°、32.5°、33.5°、34.8°、36.6°、40.9°、46.7°、48.3°、49.7°、53.2°、54.2°、55.1°、58.7°、60.7°和68.1°处出现了 BiOCl的特征衍射峰（JCPDS 06-0249）[23]。AgCl催化剂在 2θ=27.8°、32.2°、46.2°、54.8°、67.5°和 67.5°处出现了 AgCl的特征衍射峰（JCPDS 31-1238）[29]。由于BiOCl的添加，AgCl-BiOCl复合催化剂中出现了BiOCl的特征衍射峰。随着AgCl含量的增加，AgCl特征衍射峰逐渐增强。然而，在UV光辐照的催化剂中未观察到Ag的特征衍射峰，这可能与催化剂表面Ag的分散度较高或含量较低有关。

2.2.3 DRS分析 图9为 BiOCl、AgCl(0.2)-BiOCl和Ag@AgCl(0.2)-BiOCl 3种催化剂的DRS谱图。由图9知，3种样品均呈现典型的紫外-可见漫反射光谱。在波长小于360nm的紫外光区，BiOCl呈现出较强的吸收特征。与BiOCl相比，AgCl(0.2)-BiOCl和Ag@AgCl(0.2)-BiOCl在该区域的吸附能力较弱。在大于420nm的可见光区域，3种样品的光吸收能力依次为：Ag@AgCl(0.2)-BiOCl ＞ AgCl(0.2)-BiOCl ＞BiOCl，表明少量AgCl的添加和UV光辐照可以提高 BiOCl催化剂的可见光吸收能力，有利于Ag@AgCl(0.2)-BiOCl催化剂在可见光区域光催化活性的提高。

图9 3种样品的DRS谱图Fig. 9 DRS spectra of three samples

2.2.4 XPS分析 图10为 AgCl(0.2)-BiOCl、Ag@AgCl(0.2)-BiOCl和 BiOCl中 Ag 3d和 O 1s的XPS 谱图。由图10(a)知，AgCl(0.2)-BiOCl中368.04eV和373.97eV处分别对应Ag 3d5/2和Ag 3d3/2峰[30]。与 AgCl(0.2)-BiOCl相比，Ag@AgCl(0.2)-BiOCl在368.95eV和374.99eV处出现了新的Ag 3d峰，表明经UV光照射后催化剂表面出现了单质银（Ag0）。图10(b)为3种催化剂的O 1s峰。与AgCl(0.2)-BiOCl和BiOCl相比，Ag@AgCl(0.2)-BiOCl的O 1s峰发生了较大变化，且该峰可在529.83、531.29和532.79 eV处拆分为3个峰，其中529.83 eV处的峰归属于Bi-O中的晶格氧，而高结合能处出现的 531.29和532.79 eV峰对应催化剂表面化学态吸附氧和物理吸附态的氧物种或羟基中的氧[31]。很明显，经 UV光处理后，光催化剂表面的吸附态氧含量大幅提高。与晶格氧相比，吸附态氧的活性更高，有利于表面活性物质（如˙O?2）的形成。

图10 光催化剂中Ag 3d和 O 1s的XPS谱图Fig. 10 XPS spectra of Ag 3d and O 1s for photocatalysts

2.2.5 ESR分析 图11为 Ag@AgCl(0.2)-BiOCl催化剂的ESR谱图。由图11可以看出，黑暗状态下，ESR设备未捕捉到溶液中的羟基自由基（DMPO-˙OH）和阴离子超氧自由基（DMPO-˙O?2）信号。经可见光源照射 2 min 后，DMPO-˙OH 和 DMPO-˙O?2的信号开始出现。随着照射时间的增加，两种自由基的信号越来越明显，表明在可见光辐照下，Ag@AgCl(0.2)-BiOCl光催化剂产生了强氧化性的˙OH和˙O?2自由基，它们的出现会对Hg0的氧化产生重要作用。然而，ESR分析并不能确定哪种活性自由基起关键作用。

文章来源：《湿法冶金》 网址: http://www.sfyjzz.cn/qikandaodu/2021/0420/456.html