鉻作為一種常見的重金屬， 在水體環(huán)境中一般 以 Cr（Ⅵ）與 Cr（Ⅲ）的形式存在并且 Cr（Ⅵ）的毒性 為 Cr（Ⅲ）的 100 倍〔1〕 ，對人體和動植物具有很大的危害。 目前 Cr（Ⅵ）的去除方法主要有化學還原法、 吸附法、離子交換法、光催化法等。 光催化法由于具 有工藝簡單、能耗低、可直接利用太陽光等優(yōu)點成為去除水中 Cr（Ⅵ）的有效方法。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 化學藥品

五水硝酸鉍、偏釩酸銨、無水檸檬酸、硫酸、硝 酸、磷酸、氫氧化鈉、重鉻酸鉀、二苯基卡巴肼，成都 市科隆化學品有限公司，以上試劑均為分析純，活性 炭為實驗室自制，實驗用水為超純水。

1.1.2 實驗設(shè)備及儀器

CEL-HXF300/CEL-HXUV300 型氙燈光源，北 京中教金源科技有限公司；KQ-100E 型超聲波清洗 器，上海精密儀器儀表有限公司；CJJ78-1 型磁力加 熱攪拌器，北京精誠華泰儀表有限公司；UV-2600 型 紫外光可見分光光度計，尤尼柯（上海）儀器有限公 司；DZF-6050 型真空干燥箱，上海一恒科學儀器有 限公司；BSA224S 型電子分析天平， 德國塞多利斯、 PHS-3E 型 pH 計，上海儀電科學儀器股份有限公司； ASIQM 0001-5 型全自動比表面積及孔分布分析儀， 美國康塔；D2 PHASER 衍射儀，德國布魯克。

1.2 BiVO4 與活性炭摻雜

BiVO4 的合成 采用水熱法制備 BiVO4：將 6.0 mmol Bi（NO3）3 · 5H2O 溶解在 10.0 mL 1 mol/L 的 HNO3 溶液中，同時將 6.0 mmol NH4VO3 溶解在 10.0 mL 1 mol/L NaOH 溶 液中，劇烈攪拌，使溶液充分混合，隨后用 2 mol/L NaOH 調(diào)節(jié) pH=3，繼續(xù)攪拌 30 min 后將前驅(qū)液倒入 100 mL 反應(yīng)釜中，180 ℃下陳化 24 h，冷卻后用去 離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌 3 次， 最后放入烘箱中于 80 ℃干燥 6 h，用瑪瑙研缽研磨可得。 活性炭摻雜 BiVO4 的制備：在 Bi（NO3）3 ·5H2O 與 NH4VO3 混合溶液中加入 BiVO4 質(zhì)量 1%（0.036 g） 的活性炭粉末，其余過程同純 BiVO4 的制備，最終可 得活性炭摻雜 BiVO4 復(fù)合材料，記為 C/BiVO4。

1.3 光催化性能測試實驗

取一定量濃度的 Cr（Ⅵ）溶液 200 mL，加入一定 量的檸檬酸，用稀 H2SO4 與 NaOH 調(diào)節(jié) pH。 加入一定 量的純 BiVO4 或 C/BiVO4， 超聲 5 min 使催化劑均勻 地分散在溶液中。打開磁力攪拌器避光反應(yīng) 30 min 后 開啟氙燈光源進行照射，每隔 10~20 min 取 4 mL 上層 清液并加入 2 mL 顯色劑，在 540 nm 處測定 Cr（Ⅵ）的 吸光度〔5〕 ，通過吸光度與濃度的比例確定 Cr（Ⅵ）的濃 度。 暗反應(yīng)后的 Cr（Ⅵ）濃度記為 C0，每一次取樣測 試的濃度記為 Ct，以 Ct/C0 反映 Cr（Ⅵ）的降解率。

1.4 材料的表征

（1）XRD：利用 D2 PHASER 衍射儀對樣品的晶 相進行分析。 以 Cu Kα 為光源，加速電壓為 30 kV，加 速電流為 10 mA，掃描范圍為 5°~85°。
（2）BET： 利用 ASIQM 0001-5 型全自動比表面 積及孔分布分析儀， 采用氮氣吸附法對催化劑的比 表面積大小進行分析。
（3）UV-vis： 利用 UV-2600 型紫外光分光光度 計來分析樣品吸光性能。 以標準 BaSO4 粉末作為參 比物，掃描范圍為 220~700 nm。

2 結(jié)果與討論

BiVO4 與 C/BiVO4 的 XRD 結(jié)果表明，2 種光催 化 劑 在 18.8° 、28.80° 、30.44° 、34.42° 、35.13° 、39.98° 、 42.42°、47.25°、47.68°、53.20°出現(xiàn)的特征峰，與單斜晶 相的 BiVO4 標準衍射卡（JCPDS No.14—0688）對比一 致，并且 BiVO4 的各個衍射峰均高于 C/BiVO4，說明 活性炭摻雜對 BiVO4 的結(jié)晶度有一定影響。 C/BiVO4 在 2θ 為 20°~30°的范圍內(nèi)存在碳微晶的彌散峰，說 明活性炭成功摻雜到 BiVO4 中。 不過這些彌散峰比 較難觀察，原因可能是活性炭的量太少。 以 Scherrer 公式計 算 催化 劑 112 晶 面 的 晶 粒 度 ，結(jié) 果 表 明 ， BiVO4 晶粒度為 29.5 nm，C/BiVO4 晶粒度為 26.5 nm， C 摻雜 BiVO4 的晶粒度比 BiVO4 略有縮小， 說明活 性炭的摻雜抑制 BiVO4 晶粒的生長。采用氮氣吸附法測定 BiVO4、C/BiVO4 的比表面積分別為 12.220、15.291 m2 /g，C/BiVO4 的比表面積 明顯高于純 BiVO4。 在光催化實驗中，催化劑比表面 積的大小對于光催化反應(yīng)非常重要。比表面積越大， 吸附能力越強且能提供的活性位點越多〔6〕 ，有利于 提高光生電子的轉(zhuǎn)移，提高光催化反應(yīng)速率。BiVO4、C/BiVO4 的 UV-vis 結(jié)果表明，2 種催化 劑在紫外-可見光段均有明顯的吸收，并且 C/BiVO4 吸收帶相比于純 BiVO4 稍有紅移（BiVO4 為 485 nm， C/BiVO4 為 494 nm）。 BiVO4、C/BiVO4 的禁帶寬度分 別為 2.56、2.51 eV， 表明摻雜活性炭后 BiVO4 的禁帶 寬度變窄，與純 BiVO4 相比，C/BiVO4 可能具有更好 的可見光響應(yīng)效果。

3 結(jié)論

（1）活性炭摻雜改變了 BiVO4 的結(jié)晶度、比表面 積和禁帶寬度，增強了 BiVO4 吸附能力，促進了光生 電子傳遞，從而提高了 BiVO4 的光催化還原活性。
（2）體系中檸檬酸的加入一方面可作為空穴捕 獲劑減小光催化過程中電子-空穴復(fù)合率； 另一方 面空穴被檸檬酸捕獲產(chǎn)生的 CO2 ·-自由基對 Cr（Ⅵ） 也具有還原作用。
（3）結(jié)合實驗數(shù)據(jù)與實際工程狀況考慮，體系 pH 適宜范圍為 2 至 3，C/BiVO4 催化劑投加量適宜范圍 為 0.15 ~0.5 g/L， 檸 檬 酸 投 加 量 適 宜 范 圍 為 2.60 mmol/L 左右，Cr（Ⅵ）適宜初始質(zhì)量濃度為≤20 mg/L。