卤氧化铋改性Bi2MoO6光催化剂的制备及对四环素降解性能的研究

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四环素(TC)被广泛应用于抗击感染和促进动物生长中,会在水环境中积累,对人体健康和生态系统构成不容小觑的威胁,因此,探索从环境中消除广谱抗生素的高效环保技术势在必行。光催化技术逐渐成为研究热点,但由于缺乏高效、可循环利用的可见光驱动光催化剂,限制了实际应用。为了解决这一问题,采用溶剂热法成功制备卤氧化铋掺杂Bi2Mo O6的催化剂,以达到对光催化材料的改性,对其进行表征并考察环境因素对TC光降解的影响,还对循环稳定性和主要活性物质进行测定,最终,提出了可能的光降解机理和降解途径。这为构建新型的光催化剂提供了创新视角,还为光催化技术在环境修复中去除有机污染物(抗生素类)提出理论研究基础和解决思路。(1)制备出纳米花球状的Bi OCl-BMO光催化剂,其化学键形成良好、元素完整、晶体结构稳定,且不含杂质;比表面积(SBET)为47.72 m~2/g,禁带宽度(Eg)达到2.54 e V,0.06 Bi OCl-BMO在350 W氙灯持续照射100 min,对TC溶液(c0=10 mg/L)的光催化降解效率达到97.23%,去除效果比Bi OCl和Bi2Mo O6提高了1.6倍,三次循环后稳定性良好。这是因为Bi OCl-BMO的纳米花球状为有效的电荷转移过程提供了协同效应,表面结构增强了对光的收集,加速了光产生的载流子速率,使有效的电荷转移速度得以加快,而且异质结结构可以有效的对光生电子-空穴对的复合进行抑制、对可见光下的吸收逐渐增强以及范围会有所拓宽。(2)制备出厚纳米板组成的花球状Bi OBr-BMO光催化剂,SBET是50.18 m~2/g,Eg为2.49 e V,0.22 Bi OBr-BMO光照100 min对TC的光降解达到97.32%,三次循环后仍保持良好的光催化活性,光降解过程中主要作用的自由基为:·O2->h+>e->·OH。适当的负载可以促进催化剂的形成、缩短光生电子-空穴对在短时间内的组合速率;使用量的增加会使吸收的光子通量增大,产生更多的活性物质;而TC的浓度越高会使反应活性位点和反应活性物质不足;中性条件下对于TC的降解性能最佳;不同光源会影响TC的光降解,明显高于没有光照的情况,故此反应需要光源的驱动。(3)制备出小纳米片堆积的花球状Bi OI-BMO光催化剂,其表面堆积复杂交错,孔结构丰富,SBET为53.17 m~2/g,Eg为1.88 e V,拥有优异的光电性能和晶体结构。0.10 Bi OI-BMO光照100 min对TC的光催化降解达到97.87%,三次循环后催化剂的结构没有发生变化,性能下降至85%,说明其保持良好的结构稳定性和性能优越性,但循环的高效性是下一步的研究重点。并且进行自由基捕获实验和ESR测试,发现·O2-和e-在TC光降解过程中起着不可或缺的作用,提出了可能的降解机理,又对降解中间体进行鉴别,绘制出TC可能的降解途径图。即:在光源的驱动作用下,催化剂会受到光源激发而产生活性物质,在异质结结构作用下,h+和e-会进行快速的转移活动,而且活性物质·O2-、·OH、h+和e-会共同相互作用,TC(m/z=445)发生羰基化、脱羧、去甲基化等反应,转化为小分子物质(m/z=218),最终转化为CO2和H2O的过程,实现对水中污染物的无害化处理。
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