Z型复合光催化剂用于降解有机污染物

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近年来,由于半导体光催化剂的快速发展,其在废水处理和环境修复中的应用越来越受到关注。本文通过制备Z型异质结复合光催化剂,采用光催化技术,在常温无外加氧化剂的条件下,对盐酸四环素废水的处理工艺进行了探索。通过水热法构建了Z型α-Fe2O3/g-C3N4光催化剂,所制备的α-Fe2O3/g-C3N4光催化剂在可见光下对盐酸四环素的降解性能优于α-Fe2O3和纯g-C3N4,140 min后的降解率能够达到59.62%。除此之外,对于催化剂进行了吸附实验,表明抗生素的吸附符合拟二级动力学方程。在活性物种实验中证明,高暴露的氧化还原活性中心上形成了Z型异质结,增强了电子-空穴对的分离和光能的转化,在不改变氧化还原电位的情况下保持了组分原有的氧化还原能力。这进一步拓宽了Z型光催化剂在TC-HCl及TC-HCl相关抗生素废水处理中的应用。通过水热法制备了Z型异质结Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂。通过XRD,SEM,UV-vis DRS研究了所制备样品的理化性质,与单一的g-C3N4和Bi2O3相比,复合光催化剂有着更高的光催化活性。Bi2O3/g-C3N4-20复合光催化剂的性能提升可归因于其反应活性位点增多,光吸收率增加,光致载流子的迁移遵循Z型异质结方案。采用外部氙灯充当光源,光照强度保持300W(λ>420 nm)、在初始p H下,对于TC-HCl的降解动力学基本符合一级反应动力学模型,Bi2O3/g-C3N4-20催化剂拥有对于TC-HCl的最高的表观速率常数分别是纯g-C3N4和Bi2O3的4.26和2.68倍。进行3次循环试验后,对TC-HCl溶液的降解率仅仅降低了3.06%,可能归因于回收的催化剂损失,说明材料的稳定性较高,有工业化应用的潜力。采用单因素试验法降解盐酸四环素(TC-HCl,溶液浓度为20 mg·L-1),考虑成本后的最佳工艺条件为:催化剂选用Bi2O3/g-C3N4-20,溶液初始p H=7、催化剂用量50 mg、光照强度300 W、反应时间140 min后TC-HCl降解率68.67%。本研究为可见光照射下具有Z型异质结的复合光催化剂降解抗生素废水提供了新的思路,进一步拓宽了其在绿色发展中的应用。
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