铁、钴、镍掺杂的钛酸钡与过一硫酸盐协同压电催化降解有机污染物研究

摘要

水环境中的有机污染物处理关系着人类的生活健康和社会的可持续发展，以过一硫酸盐（PMS）为典型代表的高级氧化技术（AOP）有望解决有机污染物处理问题，而新兴的压电催化技术可进一步推动污染物的高效降解.本文协同铁、钴、镍掺杂的钛酸钡与过一硫酸盐对溶液中的罗丹明B进行压电催化降解，首先对不同煅烧温度形成的立方相和四方相钛酸钡进行了系统表征，随后制备了不同晶相的铁/钴/镍掺杂钛酸钡，并用X射线衍射仪(XRD)表征了掺杂后的晶格畸变以及X射线光电子能谱仪(XPS)表征了掺杂金属的化合价.在压电催化降解罗丹明B实验中，掺杂后的钛酸钡降解性能都优于纯钛酸钡.对于铁、镍掺杂，4%（摩尔分数）的掺杂含量优于8%,900℃煅烧优于600℃煅烧.纯/掺铁/掺镍钛酸钡在1.5 h以内都能对罗丹明B实现97%以上的降解率.对于钴掺杂，降解效应主要依赖钴对PMS的活化，8%的掺杂含量优于4%,600℃煅烧优于900℃煅烧，这是因为材料表面提供了更多的钴活性位点：前者源于更高的钴掺杂量；后者源于较低的煅烧温度避免了颗粒熔合，保持了更大的比表面积. 8%钴掺杂600℃煅烧钛酸钡可在3 min内对罗丹明B实现99.8%的降解.通过自由基清除剂实验，明确了纯/掺铁/掺镍钛酸钡靠压电效应的降解，主要是羟基自由基发挥作用，而掺钴钛酸钡靠钴对PMS活化的降解，主要是硫酸根自由基发挥作用.本文为高级氧化技术和压电催化技术的结合提供了新的思路.

关键词

金属掺杂 / 钛酸钡 / 过一硫酸盐 / 压电催化 / 污染物降解

基金资助

国家自然科学基金资助项目（2023YFC3904301）