MoS2/BiVO4异质结光催化剂可见光下活化过一硫酸盐降解双酚A的性能与机制研究

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双酚A(BPA)是一种典型的内分泌干扰物,广泛存在于各种环境介质中,对生态环境和人类健康构成严重威胁。基于硫酸根自由基(SO4-)的高级氧化工艺(SR-AOP)被认为是处理难降解有机污染物的有效技术。过一硫酸盐(PMS)或过硫酸盐(PS)活化产生SO4-的传统方法存在高能耗、金属浸出和二次污染的问题。因此,开发一种新型的光催化剂用于可见光下的PMS活化,对于在相对温和并且环境友好的条件下实现有机废水的高效处理具有重要意义。基于此,本论文制备了 MoS2/BiVO4异质结光催化剂,探究了复合材料在可见光下活化PMS降解BPA的性能和机理。主要研究内容和结论如下:(1)通过水热法制备了 MoS2/BiVO4p-n异质结光催化剂,并对其微观形貌、晶体结构和表面元素进行了表征。SEM、TEM、XRD和XPS分析结果表明,MoS2/BiVO4复合光催化剂呈现0.5μm-1 μm的纳米花状结构,BiVO4颗粒均匀生长在MoS2纳米花的花瓣上,并且复合材料结晶度良好,Mo、S、Bi、V和O元素分布均匀。以上表征结果说明MoS2/BiVO4复合光催化剂已成功制备。(2)构建了 MoS2/BiVO4/PMS/vis体系,并通过控制单一因素得到了最佳实验条件:BPA浓度为30mg/L,催化剂投加量为0.2 g/L,PMS投加量为0.1 g/L,溶液初始pH为5。在最佳实验条件下,2-MB/PMS/vis体系在25 min内可以实现BPA的完全降解,其反应速率常数最高(0.1747 min-1),分别是MoS2/PMS/vis体系和BiVO4/PMS/vis体系的91.9倍和38.0倍。此外,反应60min后,2-MB/PMS/vis体系实现了最高的BPA矿化率(76.04%)。(3)复合材料的光电化学表征结果表明,MoS2/BiVO4异质结具有比单体材料更强的光吸收能力、更宽的光响应范围和更高的光电流密度。自由基猝灭实验和EPR分析表明,·OH、SO4-、h+和~1O2是MoS2/BiVO4/PMS/vis体系中的主要活性物质,并在BPA的降解过程发挥重要作用。氧化产物的鉴定结果表明,BPA的降解主要涉及羟基化、氧化、C-C键断裂和芳香环氧化等过程。此外,MoS2/BiVO4/PMS/vis工艺对于各类有机污染物具有优异的降解性能,体系中的阴离子如SO42-、NO3-和Cl-对BPA的降解效率影响较小,而HCO3-的引入会使溶液的pH升高,严重抑制BPA的降解。循环实验表明,2-MB具有较好的稳定性和可重复使用性。
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