BiOCl0.9I0.1/β-Bi2O3复合材料在模拟太阳光下光催化降解盐酸四环素性能

马雄 陈凯怡 牛斌 李艳 王磊 黄静伟 佘厚德 王其召

引用本文: 马雄,  陈凯怡,  牛斌,  李艳,  王磊,  黄静伟,  佘厚德,  王其召. BiOCl0.9I0.1/β-Bi2O3复合材料在模拟太阳光下光催化降解盐酸四环素性能[J]. 催化学报, 2020, 41(10): 1535-1543. doi: S1872-2067(19)63486-8 shu
Citation:  Xiong Ma,  Kaiyi Chen,  Bin Niu,  Yan Li,  Lei Wang,  Jingwei Huang,  Houde She,  Qizhao Wang. Preparation of BiOCl0.9I0.1/β-Bi2O3 composite for degradation of tetracycline hydrochloride under simulated sunlight[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2020, 41(10): 1535-1543. doi: S1872-2067(19)63486-8 shu

BiOCl0.9I0.1/β-Bi2O3复合材料在模拟太阳光下光催化降解盐酸四环素性能

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21663027,21808189);甘肃省科技支撑项目(1504GKCA027);中央高校基本科研业务费领军人才项目(300102299304).

摘要: 盐酸四环素(TCH)是一种常见且广泛用于制药保健和兽医领域的抗生素,水生环境中的TCH残留物可诱导抗生素抗性病原体的发展,并对人类健康具有潜在的长期威胁.然而,传统的物理吸附和生物降解方法很难实现对TCH的降解.光催化技术由于其高效,简单的操作和低成本被认为是降解TCH的实用方法.BiOX(X=Cl,Br和I)是具有间接带隙的半导体,其光生载流子的复合概率相对较低,因而在光催化中有着广泛应用.但是,当单独BiOX作为光催化材料时,其电子-空穴对分离弱、载流子传输慢,从而使BiOX不能很好的在光催化领域发挥作用.为了缓解或解决此限制性因素,将卤氧化物BiOCl0.9I0.1与半导体β-Bi2O3复合,通过在光照下降解20mg·L-1的TCH来评价复合材料的光催化性能.
基于此,本文采用电子扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、和电流时间(i-t)等对其进行了表征和活性测试,通过UV-vis漫反射光谱,Mott-Schottky图和XPS光谱,分析样品的相对VB和CB边缘位置和元素价态;通过能带评价,探讨了BiOCl0.9I0.1/15%β-Bi2O3在TCH降解过程中光催化活性的可能机理.SEM分析表明,纯BiOCl0.9I0.1样品是方形纳米片且尺寸约为100nm,其规则地成形并层层覆盖.将制备的BiOCl0.9I0.1/15%β-Bi2O3复合物的基本形态与纯BiOCl0.9I0.1和纯β-Bi2O3进行比较,纯β-Bi2O3为块状结构,形成复合物后,BiOCl0.9I0.1纳米片作为组分嵌入β-Bi2O3块中,BiOCl0.9I0.1纳米片在β-Bi2O3表面部分聚集成最终覆盖整个表面的小花状微结构.BiOCl0.9I0.1纳米片的存在极大地增加了复合物的比表面积,并为反应提供了更多的活性位点.HRTEM表征结果进一步确认了上述结果.紫外漫反射吸收光谱表明,β-Bi2O3能有效增加BiOCl0.9I0.1对可见光的吸收,增加了对光的利用率.
光催化性能测试表明在光照120min后,BiOCl0.9I0.1/15%β-Bi2O3复合材料的样品中TCH的降解率达到了82.4%,而BiOCl0.9I0.1,β-Bi2O3,BiOCl0.9I0.1/5%β-Bi2O3,BiOCl0.9I0.1/10%β-Bi2O3和BiOCl0.9I0.1/20%β-Bi2O3等复合样品的TCH的降解率仅分别为54.8%,21.0%,70.0%,73.2%和79.9%,说明BiOCl0.9I0.1/15%β-Bi2O3对水中的盐酸四环素有很好的降解作用.为了探索TCH光降解中涉及的活性物质,我们进行了一系列清除试验,得出TCH光降解的主要活性物质是·O2-和·OH.为了研究BiOCl0.9I0.1/x%β-Bi2O3复合催化剂的重复使用性能,将反应后的样品粉末收集,并在相同条件下重复使用三次.结果发现,BiOCl0.9I0.1/15%β-Bi2O3的光催化活性未见显著降低,表明它具有优异的稳定性和可再利用性.

English

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  • 收稿日期:  2020-02-25
  • 修回日期:  2020-03-29
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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