纳米钨酸钴声催化材料的合成、改性及其降解藏红T/四环素的研究

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钨酸钴(CoWO4)作为过渡金属钨酸盐中的一种,已被应用于诸多领域。查阅相关文献发现,CoWO4拥有良好的光催化降解有机污染物的活性,但目前尚未发现关于CoWO4催化超声降解染料和药用废水的研究。由于声催化和光催化原理相似,同时声催化具有穿透力强,适合高浓度高色度废水的特点,因此本文探索CoWO4在声催化领域的应用,进行纳米钨酸钴声催化材料的合成、改性及降解有机污染物(以藏红T和四环素为模型)的研究,主要内容及结果见以下四个部分。首先,采用水热法,通过加入不同剂量表面活性剂(0,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6 g)调节合成的CoWO4纳米材料的形貌,并采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对CoWO4的组成和形貌进行表征。加入表面活性剂后的CoWO4纳米粒子更加致密,比表面积增加,但化学成分并没有改变。其次,研究CoWO4对藏红T(ST)的声催化降解活性。分析催化剂用量、p H值、ST初始浓度和超声功率等参数对ST去除率的影响。结果表明在最佳条件下,加入表面活性剂(0.5 g)合成的CoWO4纳米材料对ST的降解率可达到85.90%,是纯CoWO4的3.07倍。这是因为加入表面活性剂合成的CoWO4具有较大的比表面积(27.41 m~2/g),可以为反应提供了更多的活性位点,从而提高了声催化效率。US/CoWO4-0.5体系的协同指标值为3.75,说明制备的催化剂与超声波之间存在显著的协同作用。自由基捕获实验结果表明,声催化分解过程中生成的羟基自由基和空穴等活性物质起到了关键作用。此外,4次循环后,CoWO4声催化剂仍具有较高的声催化活性。再次,以CoWO4,溴化钾(KBr)和硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)为原料对CoWO4进行改性,制备了一种新型的BiOBr/Bi/CoWO4复合声催化剂。并利用多种测试手段对各产物的组成和形貌进行表征。结果表明催化剂中含有Bi,O,Br,Co和W元素,进一步证实了BiOBr/Bi/CoWO4的成功合成。紫外漫反射光谱说明纳米复合材料具有良好的可见光吸收能力。最后,通过对模型药物四环素(TET)的降解,考察了BiOBr/Bi/CoWO4复合材料的声催化活性。结果表明,BiOBr/Bi/CoWO4复合材料在超声辐照下对TET的降解表现出最佳的催化活性(降解率分别是纯CoWO4和Bi/CoWO4-3降解率的2.03和1.26倍)。这是因为复合材料在声催化过程中加速了电子转移,抑制了电子-空穴对的复合。此外,BiOBr/Bi/CoWO4复合材料在声催化分解过程中表现出良好的稳定性和重复利用性。综上所述,CoWO4不仅可以作为光催化剂,而且是一种很有前途的降解有机污染物的声催化剂,对CoWO4进行掺杂改性为BiOBr/Bi/CoWO4亦可以进一步提高声催化活性。研究结果为进一步研究CoWO4及其复合材料BiOBr/Bi/CoWO4作为声催化剂在环境修复领域中的应用提供了有价值的参考。
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