CN116078409B - 具有可见光响应的铁铋复合光催化剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光催化‑烟气控制技术领域，具体为一种具有可见光响应的铁铋复合光催化剂及其制备方法与应用。本发明中Fe2O3的负载，可以使BiOX(X＝Cl，I，Br)具有更好的可见光吸收能力，使其在可见光照射下获得了很高的Hg0和AsH3的脱除能力，达到了同时高效的光催化氧化去除AsH3和Hg0两种污染物的目的。
Description
技术领域
本发明属于光催化-烟气控制技术领域，具体涉及一种铁铋复合光催化剂的制备方法及其在可见光下高效催化脱除烟气中气态汞和砷化氢的应用。
背景技术
能源危机和环境污染成为了全球面临的主要挑战，其中工业废气中重金属污染的治理问题尤为突出。对于大气重金属治理的研究成果，目前主要集中在燃煤烟气等氧化性气氛中的重金属污染控制方面。碳热还原法在化工、冶金等行业有着广泛的应用，碳热冶炼尾气是极具经济价值的二次资源，而气态汞(Hg0)和砷化氢(AsH3)等重金属会严重影响资源的回收。因此，研发安全、高效、环境友好的气态重金属脱除技术是实现资源回收的关键。
根据Hg0和AsH3的控制技术现状分析，烟气中脱除Hg0和AsH3的技术主要有两种：吸附技术和催化氧化技术。吸附技术利用吸附剂表面的不平衡化学键或分子吸引力，将烟气中的Hg0和AsH3吸附在固体表面进行去除，吸附剂的性能决定了吸附净化过程的效果，由于成本较高，吸附式脱除砷汞的技术难以大规模应用；热催化技术存在能耗高、安全隐患大、易造成二次污染等问题，而光催化氧化技术是一种新型的脱除Hg0和AsH3的方法，具有反应条件温和、化学性质稳定、氧化效率高等特点。
卤氧化铋(BiOX，X＝Cl，I，Br)具有独特的二维层状结构、适宜的能带结构和优秀的光电性能而被应用于光催化脱除氧化性烟气中Hg0，同时在紫外光条件下获得了较好的性能，由于其带隙的限制，BiOX(X＝Cl，I，Br)在可见光条件下的性能还有待进一步提高，并且紫外光产生臭氧等问题可能给环境带来二次污染，这都极大限制了其在气体净化领域的应用；而对于利用光催化氧化技术去除烟气中AsH3的研究内容较少，且效果都不理想，同时也并未发现利用可见光催化氧化去除烟气中的AsH3的相关报道。因此有必要开发高效的光催化剂应用于可见光下催化还原性烟气中Hg0和AsH3的脱除尤为重要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于针对现有的技术不足，提供一种具有可见光响应的铁铋复合光催化剂及其制备方法，实现Hg0和AsH3的同时脱除还有助于工业原料气的收集利用。
需要说明的是，本发明公开保护的技术要点如下：
首先，烟气中AsH3的光催化去除未被广泛研究，利用在水体中光催化脱砷应用现状发现氧化铁(Fe2O3)是强化除砷的活化剂这一特点，开发一系列的铁基催化剂来应用到光催化脱除AsH3中；其次，Hg0的脱除主要集中在氧化性气氛中紫外光催化范围，而为了能一步实现还原性烟气中Hg0的可见光高效去除，直接选择可见光响应良好的卤氧化铋(BiOX(X＝Cl，Br，I))光催化剂对Hg0进行去除。结合铁基对AsH3去除的重要性及铋基材料良好的光响应，将Fe2O3和BiOX(X＝Cl，Br，I)进行结合，构建具有可见光催化能力的Fe2O3/BiOX(X＝Cl，Br，I)复合光催化剂，从而达到提高光催化效率的目的，实现了还原性烟气中Hg0和AsH3的同时脱除。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一技术目的是提供一种具有可见光催化能力脱除Hg0和AsH3的Fe2O3/BiOX(X＝Cl，Br，I)复合光催化剂。
本发明的第二技术目的是提供上述铁铋复合光催化剂的制备方法。
本发明中Fe2O3/BiOX(X＝Cl，I，Br)复合光催化剂合成采用水热法，其制备方法简单、成本低廉，材料具有较好的光催化性能，能实现还原性烟气中AsH3和Hg0的同时脱除。
本发明通过水热法能够容易地将Fe2O3负载在BiOX(X＝Cl，I，Br)表面上，构建形成Fe2O3/BiOX(X＝Cl，I，Br)异质结构，提高了材料的结晶度和比表面积。这不仅能够发挥Fe2O3在促进AsH3脱除的优势，还能与铋基材料形成异质结强化电荷转移，以及合适的带隙能促进其发挥更优异的可见光催化性能。
其中，铁铋复合光催化剂的制备方法如下：
(1)BiOX(X＝Br,I,Cl)光催化剂的制备：
将0.01-0.02mol Bi(NO3)3·H2O加入到20mL冰乙酸中，超声处理至Bi(NO3)3·H2O完全溶解，进行磁力搅拌，得到棕褐色悬浊液A；
将0.01-0.02mol KX(X＝Cl，Br，I)加入到20mL去离子水中，超声至KX完全溶解，得到无色透明的溶液B；
A液在搅拌的同时，将B液逐滴加入到A液中，随后继续搅拌30min；将得到的悬浊液转移到水热釜中，在160-200℃水热处理12-18h，待冷却至室温后，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，在60℃烘箱中干燥8h即得到BiOX(X＝Cl，Br，I)光催化剂。
(2)Fe2O3/BiOX(X＝Cl，Br，I)复合光催化剂的制备：
取0.1-0.3g的BiOX(X＝Cl，Br，I)光催化剂，加入到40mL去离子水中，超声处理10min至样品完全分散后进行搅拌，得到溶液C；
取0.07-0.21g的Fe(NO3)3加入到40mL去离子水中，搅拌至完全溶解，得到溶液D；
随后在溶液C持续搅拌的状态下，将溶液D逐滴加入到溶液C中，继续磁力搅拌20min，将得到的混合溶液转移到水热釜中，150-200℃下水热处理12-18h并待冷却至室温后，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，在60℃烘箱中干燥处理8h，即得到Fe2O3/BiOX复合光催化剂。
本发明通过Fe2O3负载在BiOX(X＝Cl，I，Br)表面形成复合光催化材料，所制备的材料具有更大的吸附容量，能够发挥高的光催化特性。Fe2O3的加入增大了BiOX(X＝Cl，I，Br)的比表面积，为光催化反应过程中提供了更多的催化活性位点，另外Fe2O3具有2.2eV的带隙，能有更大范围的利用太阳光。
因此，利用Fe2O3的复合可以得到低能带隙、增强对可见光吸收的BiOX(X＝Cl，I，Br)半导体光催化剂，可以提高对AsH3和Hg0的光催化效率；同时，Fe2O3和BiOX(X＝Cl，I，Br)形成异质结，可更加有效的降低光生载流子的复合率，从而实现光生电子-空穴的有效分离，实现高效的光催化效应可以大大提升材料的光催化性能。
具体地，所述复合催化剂可用于光催化脱除AsH3和Hg0，反应机理如下：
Fe2O3/BiOX(X＝Cl,I,Br)+hv→Fe2O3/BiOX(X＝Cl,I,Br)+(e-+h+) (1)
O2+4H++4e-→H2O(ad) (2)
O2(g)+e-→·O2 - (3)
H2O+h+→·OH+H+ (4)
Hg0(g)→Hg0 (ad) (5)
Hg0+·O2 -/·OH→HgO(ad) (6)
AsH3+·O2 -/·OH→As2O3(ad)+As2O5(ad) (7)
与现有技术相比，本发明公开提供了一种具有可见光响应的铁铋复合光催化剂及其制备方法与应用，优异效果在于：
(1)Fe2O3与BiOX(X＝Cl，I，Br)之间异质结的形成，全面提升了铋基材料的基本性能，还提降低样品的电子-空穴复合率，以及其对可见光吸收的能力。使得样品能保持高效的光催化性能以及具有良好的稳定性。
(2)Fe2O3的负载，可以使BiOX(X＝Cl，I，Br)具有更好的可见光吸收能力，使其在可见光照射下获得了很高的Hg0和AsH3的脱除能力，达到了同时高效的光催化氧化去除AsH3和Hg0两种污染物的目的。
(3)针对还原性气氛中Hg0和AsH3光催化脱除催化剂的研发、性能测试及脱除机理的揭示，以期能为后续光催化技术应用于还原性废气中重金属的治理领域提供理论和基础应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1中(a)为可见光照射下BiOX(X＝Cl,I,Br)光催化去除Hg0的性能图，(b)为可见光照射下BiOX(X＝Cl,I,Br)光催化去除AsH3的性能图。
图2中(a)为可见光照射下Fe2O3/BiOX(X＝Cl,I,Br)光催化去除Hg0的性能图，(b)为可见光照射下Fe2O3/BiOX(X＝Cl,I,Br)光催化去除AsH3的性能图。
图3是BiOX(X＝Cl,I,Br)的X射线衍射(XRD)谱图。
图4是Fe2O3/BiOX(X＝Cl,I,Br)的X射线衍射(XRD)谱图。
图5是BiOX(X＝Cl,I,Br)的(a)紫外-可见漫反射(UV-Vis)光谱图和(b)双光子能量(eV2)图。
图6是Fe2O3/BiOX(X＝Cl,I,Br)的(a)紫外-可见漫反射(UV-Vis)光谱图和(b)双光子能量(eV2)图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种具有可见光响应的铁铋复合光催化剂的制备方法及同时脱除Hg0和AsH3的应用。
为更好地理解本发明，下面通过以下实施例对本发明作进一步具体的阐述，但不可理解为对本发明的限定，对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。
实施例1
1、铋基光催化剂的制备
将0.01mol Bi(NO3)3·H2O加入到20mL冰乙酸中，超声10min后进行搅拌，得到棕褐色悬浊液A；将0.01mol KCl加入到20mL去离子水中，超声10min后，得到无色透明的溶液B。
A液在搅拌的同时，将B液逐滴加入到A液中，继续搅拌30min，将得到的悬浊液转移到水热釜中，160℃水热处理12h，待冷却至室温后，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，60℃烘箱中干燥8h，得到BiOCl光催化剂。
2、铁铋复合光催化剂的制备
取0.1g的BiOCl光催化剂，加入到40mL去离子水中，超声处理10min后进行搅拌，得到溶液C；取0.07g的Fe(NO3)3加入到40mL去离子水中，搅拌至完全溶解，得到溶液D。
随后在溶液C持续搅拌的状态下，将溶液D逐滴加入到溶液C中，继续搅拌20min，将混合溶液转移到水热釜中，160℃下保持12h并待冷却至室温后，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，60℃烘箱中干燥处理8h，即得到Fe2O3/BiOCl复合光催化剂。
3、催化性能测试：
分别称取0.1g本实施例制备的BiOCl和Fe2O3/BiOCl用于可见光下光催化同时脱除模拟烟气中Hg0和AsH3的研究。模拟烟气为：1％O2、入口浓度AsH3＝150mg/m3，Hg0＝400μg/m3，气体流速为500mL/min，氙灯提供可见光光源，波长＞400nm，氙灯功率为300W。
由图1可以看出，可见光照射条件下，BiOCl对Hg0和AsH3的去除效率分别为23.94％和14.65％。图2通过Fe2O3的复合形成异质结，Fe2O3/BiOCl的Hg0和AsH3的去除效果均得到了显著的提升，分别为82.85％和75.47％，是BiOCl的3.5倍和5.2倍。图3和图4可以看出BiOCl和Fe2O3/BiOCl具有较好的结构和良好的结晶度。此外，结合图5和6可以看出，Fe2O3的复合拓宽了BiOCl光吸收范围，促进了对可见光的吸收速率，另外通过公式αhv＝(hv-Eg)n计算得出禁带宽度由3.38eV缩小为1.99eV，说明在可见光下能获得较好的光催化性能。
实施例2
1、铋基光催化剂的制备
将0.02mol Bi(NO3)3·H2O加入到20mL冰乙酸中，超声10min后进行搅拌，得到棕褐色悬浊液A；将0.02mol KI加入到20mL去离子水中，超声10min后，得到无色透明的溶液B。
A液在搅拌的同时，将B液逐滴加入到A液中，继续搅拌30min，将得到的悬浊液转移到水热釜中，180℃水热处理15h，待冷却至室温后，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，60℃烘箱中干燥8h，得到BiOI光催化剂。
2、铁铋复合光催化剂的制备
取0.2g的BiOI光催化剂，加入到40mL去离子水中，超声处理10min后进行搅拌，得到溶液C；取0.14g的Fe(NO3)3加入到40mL去离子水中，搅拌至完全溶解，得到溶液D。
随后在溶液C持续搅拌的状态下，将溶液D逐滴加入到溶液C中，继续搅拌20min，将混合溶液转移到水热釜中，180℃下保持15h并待冷却至室温后，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，60℃烘箱中干燥处理8h，即得到Fe2O3/BiOI复合光催化剂。
3、催化性能测试：
分别称取0.1g本实施例制备的BiOI和Fe2O3/BiOI用于可见光下光催化同时脱除模拟烟气中Hg0和AsH3的研究。模拟烟气为：1％O2、入口浓度AsH3＝150mg/m3，Hg0＝400μg/m3，气体流速为500mL/min，氙灯提供可见光光源，波长＞400nm，氙灯功率为300W。
由图1可以看出，可见光照射条件下，BiOI对Hg0和AsH3的去除效率分别为44.72％和29.58％％，优于BiOCl和BiOBr，从图5可以看出，这是因为BiOI显示了一个拓展的可见光吸收区域，拥有较小的带隙，约为1.9eV，有利于提高光响应能力。图4中Fe2O3/BiOI的特征峰相较于图3中的BiOI有所变化，部分特征峰减弱，这是由于Fe2O3负载所导致的。此外，通过Fe2O3的复合形成异质结，图2中Fe2O3/BiOI对Hg0和AsH3的去除效率达到最高，分别达到97.14％和92.72％，是BiOI的2.2倍和3.1倍。图6中Fe2O3/BiOI展现出了可见光区域内较好的光吸收能力，拥有最小的带隙，计算得出约为1.89eV，能够实现可见光下还原性烟气中Hg0和AsH3的高效同时脱除。
实施例3
1、铋基光催化剂的制备
将0.02mol Bi(NO3)3·H2O加入到20mL冰乙酸中，超声10min后进行搅拌，得到棕褐色悬浊液A；将0.02mol KBr加入到20mL去离子水中，超声10min后，得到无色透明的溶液B。
A液在搅拌的同时，将B液逐滴加入到A液中，继续搅拌30min，将得到的悬浊液转移到水热釜中，200℃水热处理18h，待冷却至室温后，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，60℃烘箱中干燥8h，得到BiOBr光催化剂。
2、铁铋复合光催化剂的制备
取0.3g的BiOBr光催化剂，加入到40mL去离子水中，超声处理10min后，得到溶液C；取0.21g的Fe(NO3)3加入到40mL去离子水中，搅拌至完全溶解，得到溶液D。
随后在溶液C持续搅拌的状态下，将溶液D逐滴加入到溶液C中，继续搅拌20min，将混合溶液转移到水热釜中，200℃下保持18h并待冷却至室温后，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，60℃烘箱中干燥处理8h，即得到Fe2O3/BiOBr复合光催化剂。
3、催化性能测试：
分别称取0.1g本实施例制备的BiOBr和Fe2O3/BiOBr用于可见光下光催化同时脱除模拟烟气中Hg0和AsH3的研究。模拟烟气为：1％O2、入口浓度AsH3＝150mg/m3，Hg0＝400μg/m3，气体流速为500mL/min，氙灯提供可见光光源，波长＞400nm，氙灯功率为300W。
由图1可以看出，可见光照射条件下，BiOBr对Hg0和AsH3的去除效率分别为35.89％和21.84％。图2通过Fe2O3的复合后，Fe2O3/BiOBr的Hg0和AsH3的去除效果均得到了显著的提升，分别为90.98％和84.39％，是BiOBr的2.5倍和3.9倍。由于Fe2O3的负载，图4中Fe2O3/BiOI相较于图3中BiOI减少了部分特征峰。此外，结合图5和6可以看出，Fe2O3/BiOBr相较于BiOBr，光吸收范围得到了拓宽，禁带宽度由2.88eV缩小了2.04eV，促进了对可见光的吸收速率，提高了Hg0和AsH3的光催化性能。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种铁铋复合光催化剂的应用，其特征在于，所述催化剂的分子结构式为 Fe2O3/BiOX；X 为Cl、Br 或 I；
所述催化剂用于可见光响应下同时脱除还原性烟气中的 AsH3 和 Hg0。
2.根据权利要求1所述的铁铋复合光催化剂的应用，其特征在于，所述铁铋复合光催化剂的制备方法具体包括如下步骤：
(1)卤氧化铋 BiOX光催化剂的制备：
将五水硝酸铋 Bi(NO3)3·5H2O 加入到冰乙酸中，超声处理至 Bi(NO3)3·H2O 完全溶解，得到棕褐色悬浊液 A；
将卤化钾 KX 加入到去离子水中，超声处理至 KX 完全溶解，得到无色透明的溶液 B；
将溶液 B 逐滴加入于常温下搅拌的悬浊液A中，随后继续搅拌并将得到的悬浊液转移到水热釜中反应，待反应结束后冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇洗涤 3 次，经干燥得到卤氧化铋 BiOX 光催化剂；
所述水热的反应温度为150-200℃ , 反应时间为 12-18h；干燥温度为 60℃ ,干燥时间为8h；
(2)Fe2O3/BiOX 复合光催化剂的制备：
将经步骤(1)制备的 BiOX 光催化剂加入到去离子水中，超声处理至样品完全分散，得到溶液 C；
将 Fe(NO3)3 加入到去离子水中，搅拌至完全溶解，得到溶液 D；
将溶液 D 逐滴加入至持续搅拌的溶液 C 中，随后继续搅拌并将得到的混合溶液转移到水热釜中反应，待反应结束后分别用去离子水和无水乙醇洗涤 3 次，随后将固体干燥，即得到所述铁铋复合光催化剂。
3.根据权利要求 2 所述的铁铋复合光催化剂的应用，其特征在于，步骤(1)中，所述Bi(NO3)3 ·5H2O 的量为 0.01-0.02mol，KX 的量为 0.01-0.02mol，Bi(NO3)3·H2O 与 KX 的摩尔比为 1:1，冰乙酸和去离子水的体积均为 20mL。
4.根据权利要求 2 所述的铁铋复合光催化剂的应用，其特征在于，步骤(2)中，所述BiOX光催化剂的质量为 0.1-0.3g，Fe(NO3)3 的质量为 0.07-0.21g，去离子的体积为40mL。
5.根据权利要求 2 所述的铁铋复合光催化剂的应用，其特征在于，步骤（2）所述水热的反应温度为 150-200℃，反应时间为 12-18h；干燥温度为 60℃ ，干燥时间为 8h。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62286522A (ja) * | 1986-06-03 | 1987-12-12 | Japan Pionics Co Ltd | 排ガスの浄化方法 |
| WO2009029539A1 (en) * | 2007-08-24 | 2009-03-05 | Monsanto Technology Llc | Mixtures and catalyst systems including transition metal-containing catalysts and noble metal-containing catalysts, processes for their preparation, and processes for their use in oxidation reactions |
| CN106732688A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-31 | 河南理工大学 | 复合磁性可见光催化剂银‑卤化银‑卤氧化铋‑铁酸钴及其制备方法 |
| CN107597115A (zh) * | 2017-09-22 | 2018-01-19 | 昆明理工大学 | 一种可高效净化高浓度砷化氢的催化剂及其制备方法 |
| CN108554417A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-09-21 | 昆明理工大学 | 一种铁铈掺杂纳米二氧化钛多元复合半导体光催化剂的制备方法与应用 |
| JP2020006360A (ja) * | 2018-07-03 | 2020-01-16 | 公立大学法人首都大学東京 | 光触媒 |
| CN111686808A (zh) * | 2019-06-13 | 2020-09-22 | 河南理工大学 | 银-碘化银-聚苯胺-卤氧化铋-铁酸锌光催化剂制备方法 |
| CN115646514A (zh) * | 2022-10-26 | 2023-01-31 | 洛阳理工学院 | 一种富含氧空位钨酸银/溴氧化铋纳米光催化剂制备方法 |
-
2023
- 2023-03-14 CN CN202310241492.2A patent/CN116078409B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62286522A (ja) * | 1986-06-03 | 1987-12-12 | Japan Pionics Co Ltd | 排ガスの浄化方法 |
| WO2009029539A1 (en) * | 2007-08-24 | 2009-03-05 | Monsanto Technology Llc | Mixtures and catalyst systems including transition metal-containing catalysts and noble metal-containing catalysts, processes for their preparation, and processes for their use in oxidation reactions |
| CN106732688A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-31 | 河南理工大学 | 复合磁性可见光催化剂银‑卤化银‑卤氧化铋‑铁酸钴及其制备方法 |
| CN107597115A (zh) * | 2017-09-22 | 2018-01-19 | 昆明理工大学 | 一种可高效净化高浓度砷化氢的催化剂及其制备方法 |
| CN108554417A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-09-21 | 昆明理工大学 | 一种铁铈掺杂纳米二氧化钛多元复合半导体光催化剂的制备方法与应用 |
| JP2020006360A (ja) * | 2018-07-03 | 2020-01-16 | 公立大学法人首都大学東京 | 光触媒 |
| CN111686808A (zh) * | 2019-06-13 | 2020-09-22 | 河南理工大学 | 银-碘化银-聚苯胺-卤氧化铋-铁酸锌光催化剂制备方法 |
| CN115646514A (zh) * | 2022-10-26 | 2023-01-31 | 洛阳理工学院 | 一种富含氧空位钨酸银/溴氧化铋纳米光催化剂制备方法 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| Self-Assembled 3-D Architectures of BiOBr as a Visible Light-Driven Photocatalyst;Jun Zhang et al.;《Chem. Mater.》;20080408;第20卷(第9期);第2938页左栏Preparation of BiOBr 3-D Architectures * |
| Simultaneous photocatalytic oxidation and adsorption for efficient As(III) removal by magnetic BiOI/γ-Fe2O3 core-shell nanoparticles;Yuan Wang et al.;《Materials Today Chemistry》;20220301;第24卷;第8页右栏第3段 * |
| Uniform Fe2O3 nanocubes on BiOCl nanosheets and its improvedphotocatalytic activity;Na Li et al.;《Journal of Molecular Catalysis A: Chemical》;20140906;第395卷;第428页右栏至第429页左栏2.1. Synthesis of xFe2O3/yBiOCl sample * |
| γ-Fe_2O_3/BiOI光催化材料的制备及其性能研究;韩影;李微;李静;倪刚;;现代化工;20170320(第03期);第117-120页 * |
| 光催化技术在烟气脱汞领域的研究进展;石磊等;《能源研究与管理》;20210615(第02期);综述 * |
| 磁性凹凸棒土制备及其脱汞性能研究;陈浩等;《燃料化学学报》;20181119(第11期);第122-130页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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