钨酸铋三元复合光催化剂的制备及其光催化降解四环素的研究

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近年来,抗生素被广泛使用于人类生产生活等活动中,同时,人们面临着日益严重的抗生素污染威胁,从环境中去除抗生素已经成为亟待解决的问题。光催化氧化法作为一种新型的处理技术,利用可持续的光能作为能源,具有无选择性、氧化能力强、无二次污染、经济成本低以及易于操作等优越特性,被认为是处理环境问题最有前景的技术之一,在废水治理等领域备受青睐。钨酸铋作为近些年来发现的具有可见-近红外光效应的铋系光催化剂之一,具有较强的可见光捕获能力,相比二氧化钛光催化剂大大提高了光能的利用效率,因此被广泛应用于处理抗生素废水的研究中。然而,尽管钨酸铋(Bi2WO6,BWO)对抗生素降解具有较好的光催化性能,但其光催化活性仍受到限制。为了更高效的去除环境废水中抗生素,需要进一步提高钨酸铋的光催化性能。在本研究中,首次将钨酸铋,中-四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)与还原氧化石墨烯(rGO)结合在一起构建了新型且更高效的Z-型TCPP/rGO/BWO异质结光催化剂。研究通过电镜、能谱等分析手段表征了TCPP/rGO/BWO异质结的晶体结构,形态,微结构,化学组成,元素态,光学和光电化学性质等。结果显示,该TCPP/RGO/Bi2WO6光催化剂在可见光(λ>420nm)的照射下60分钟内,相比于Bi2WO6单体,RGO/Bi2WO6和TCPP/Bi2 WO6复合材料表现出对四环素(TC)降解明显增强的光催化活性。本实验还进一步考察了光催化剂用量、TC初始浓度、共存离子和光照条件等对光降解活性的影响。研究显示,适中的光催化剂用量(0.3 g/L)以及较低的TC初始浓度(15 mg/L)是光催化降解TC的最佳条件;NO3-,Cl-和CO32-对光催化降解TC均有一定的抑制作用,因为CO32-可以作为h+的捕获剂,所以其抑制作用最显著;光照的波长越短,光催化剂可吸收的能量越多,光催化降解TC的效果也越好。根据诱捕实验和电子自旋共振分析,空穴(h+)和超氧自由基(·O2-)在TCPP/rGO/Bi2 WO6光催化体系中起到主要氧化分解TC的作用。TCPP/rGO/Bi2WO6三元复合材料中的光降解过程可以通过提出的Z-型机制很好地描述。结果表明,新研发光催化剂表现出的更有效的电荷分离、更好的光吸收和更大的表面积等特性共同起到提高光催化性能的作用。此外,光催化剂具有很高的稳定性和可回收性,即使经过5次重复处理,其去除率仍可达到79.27%。本研究提出了一种制备高光催化活性Z-型异质结光催化剂的新方法,并为水体中抗生素污染物的去除提供了一种行之有效的方法。
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