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

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20 mg·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100 nm,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,Bi-OCl0.9I0.1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120 min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.