高级氧化和可见光照射协同作用下Bi₂WO₆对有机污染物降解的催化活性增强（英文）

摘要

随着工业化社会的不断发展，环境问题日益严重。尤其是工业废水问题一直是催化降解领域的研究热点。光催化与高级氧化工艺（AOPs）耦合技术因为具有高效、无选择性、处理条件温和等特点，被认为是一种高效的有机污染物降解技术。本文以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）表面活性剂作为模板，采用简单的水热法制备了钨酸铋（Bi₂WO₆）纳米花。通过X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）和紫外-可见漫反射光谱（DRS）技术对其微观形貌、晶相、表面化学元素状态和光学性质进行了表征。为了研究钨酸铋（Bi₂WO₆）纳米花的催化性能，在不同催化体系下降解有机污染物罗丹明B （Rh B），实验发现，于vis/过硫酸盐（PMS）/Bi₂WO₆体系下，40 min内对Rh B的去除率高达96.39%，明显优于PMS/Bi₂WO₆ （40 min内去除率为38.77%）和vis/Bi₂WO₆ （40 min内去除率为31.82%）体系，表明可见光照射和PMS的协同作用加速了Bi₂WO₆对Rh B降解的催化活性。此外，还研究了催化剂剂量、PMS浓度、p H值和离子浓度等环境参数对催化体系催化性能的影响。结果表明，环境参数对vis/PMS/Bi₂WO₆系统中Rh B的去除率影响不大，Rh B的去除率也高达90%。相反，环境参数对vis/PMS/Bi₂WO₆体系下催化降解率（K）有明显影响，K值会随着催化剂剂量和PMS浓度的增加而增大。在p H不同环境下，K值会随着催化体系中p H值的升高，先增大后减小。当催化体系中的p H=7时，催化降解率达到最大值(0.1502 min^-1)。有趣的是，体系中Cl^-的存在有利于提高催化降解效率。相反，体系中CO₃^2-的存在会明显抑制催化降解效率。循环实验的结果也验证了催化剂在降解有机染料方面具有良好的稳定性。此外，淬灭实验和EPR测试结果表明，超氧自由基（·O₂^-）和单线态氧（¹O₂）对有机污染物的降解起着重要作用。Bi₂WO₆在vis/PMS协同催化体系中的优异催化活性得益于其显著的可见光响应下光催化活性和铋离子对PMS的超强活化能力。

关键词

光催化 / 高级氧化过程 / Bi₂WO₆ / 过硫酸盐 / 罗丹明B

基金资助

supported by the Anhui Provincial Natural Science Foundation,China(2108085MB44);; the Anhui University of Science and Technology 2022 Graduate Student Innovation Fund,China(2022CX2101)