CuBi_(2)O_(4)/Bi_(2)WO_(6)Z型异质结用于光电类芬顿体系下高效降解环丙沙星

针对目前水环境中抗生素污染严重的问题,使用简单的溶剂热法制备了CuBi_(2)O_(4)/Bi_(2)WO_(6)(CBWO)Z型异质结催化剂.扫描电子显微镜分析结果表明,其结构为棒状和纳米片状.能量色散元素图谱显示,Cu,W,Bi和O元素均匀分散在CBWO-60中;使用X射线衍射和傅里叶变换红外光谱探究了催化剂的晶体结构和化学键、官能团组成;BET表征结果证明,CBWO-60具有较高的比表面积.X射线光电子能谱(XPS)证明Cu^(+)和Cu^(2+)共存,促进了芬顿(Fenton)反应的循环进行,XPS结合能的位移证明了异质结中CuBi_(2)O_(4)和Bi_(2)WO_(6)之间具有强的电子相互作用,而不是物理混合;使用紫外⁃可见漫反射光谱和价带-X射线光电子能谱分析了异质结的能带结构;利用光致发射光谱、电化学阻抗谱和瞬态光电流响应谱探究了催化剂的电荷转移情况.在该系列催化剂中,CBWO-60在光电类芬顿(PEF-like)体系中对环丙沙星(CIP)的降解效率最高,90 min时,降解效率为98.0%.同时,溶液初始pH在2~6范围时,体系始终能够维持有效的CIP去除效率,与传统芬顿体系相比,该体系的pH应用范围得到了有效拓宽.在PEF-like体系中,CBWO-60对喹诺酮类、磺胺类和四环素类抗生素均表现出较强的降解能力,充分证明了CBWO-60的普适性.CBWO-60在连续5次循环实验后,对CIP仍保持87.8%的降解率,并且反应后催化剂的晶体结构没有发生改变.根据高效液相色谱⁃质谱的结果,提出了CIP降解的5种可能途径.

二维层状NiO/g-C_(3)N_(4)复合材料在无铁光电类芬顿体系中有效去除环丙沙星的研究

环丙沙星(CIP)的过量使用已经对生态环境造成了很大的威胁。本文设计了一种新型无铁的光电类芬顿体系用于降解水中的CIP。采用溶剂热法合成了NiO/g-C_(3)N_(4)复合材料。通过XRD分析,确定了不同催化剂的晶相和化学组成;红外光谱进一步证实了NiO/g-C_(3)N_(4)复合材料的分子结构,结果表明,成功地合成了NiO/g-C_(3)N_(4)复合材料。利用SEM观察了材料的形貌,结果表明性能最佳的NiO/g-C_(3)N_(4)-60%为二维花状结构。TEM进一步证明NiO/g-C_(3)N_(4)-60%具有片层状结构。由于层状结构,NiO/g-C_(3)N_(4)-60%具有较大的比表面积和丰富的活性位点,有利于电子的传输。XPS分析表明Ni^(2+)和Ni^(3+)共存于NiO/g-C_(3)N_(4)-60%复合材料中并且NiO/g-C_(3)N_(4)-60%具有低配位氧缺陷。EPR谱也证实了氧空位的存在,氧空位不仅促进了H_(2)O_(2)的活化,而且有利于金属离子形成稳定的混合价态。UV-Vis-DRS、PL和电化学测试表明NiO/g-C_(3)N_(4)-60%具有最强的光吸收能力、最低的电荷转移电阻和最快的电荷分离效率,有利于活性物质的生成和CIP的快速降解。因此,花状NiO/g-C_(3)N_(4)-60%在光电类芬顿体系中表现出光电协同作用,不仅可以通过Ni^(3+)/Ni^(2+)之间的转化将电芬顿过程中产生的H_(2)O_(2)有效分解为·OH,同时也能够产生光生电子和空穴,促进光照下·OH、·O_(2)^(−)和h^(+)的生成,从而提高环丙沙星的降解效率。以催化性能最佳的NiO/g-C_(3)N_(4)-60%为催化剂时,在90 min内CIP的降解率达到将近100%,120 min时矿化效率达到82.0%,与传统芬顿体系(最佳pH值为2.8–3.5)相比,新型光电类芬顿体系具有较宽的pH范围,当pH值为6时,降解率仍可达78.8%。NiO/g-C_(3)N_(4)-60%在光电类芬顿体系中也表现出良好的结构稳定性,连续5次循环后,降解效率仍保持在96.3%。根据HPLC-MS的结果,提出了CIP降解的两种可能途径。本研究为废水中抗生素的快速降解提供了理论依据。