硅酸铋基光催化剂的制备及其去除环境内分泌干扰物的研究

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环境内分泌干扰物(EDCs)对动物或人类存在逆向健康影响,使内分泌系统发生紊乱,从而致畸致癌。在EDCs的去除方法中,光催化技术作为一种绿色环保高效的去除方法,从众多技术中脱颖而出。本论文通过负载贵金属Pt和构建复合材料的方法分别得到2种光催化剂:Pt/Bi2SiO5和二元复合材料Bi2SiO5/Bi4Si3O12,并用于去除(EE2)和(BPA)。利用XRD、SEM、TEM、XPS、UV-Vis漫反射等手段对光催化剂进行表征。考察了所制备光催化剂用于去除环境内分泌干扰物的光催化性能,具体内容如下:1.通过水热法制备纯Bi2SiO5(BSO),并以BSO为基底材料,H2PtCl6为Pt源,采用光致还原方法将Pt负载于BSO表面,所得材料Pt/BSO用于去除水中的17α-乙炔基雌二醇(EE2)。在光致还原过程中,H2PtCl6不仅作为Pt源,且促使BSO纳米片自组装为花状体。当H2PtCl6用量为0.2mL,光致还原时间为30min时,制备得到最优材料0.2Pt/BSO,在最优光催化降解条件(pH=5.8,催化剂投加量为0.5g/L)下,20W汞灯光照仅8min,对3mg/L EE2的去除率高达95.6%;其光催化反应速率是EE2自然光降解的46.2倍,是P25的8.0倍,是BSO的5.81倍。据活性物种捕获实验,h+和·O2-为光催化反应中的主要活性物种(Pt作为电子捕获中心,可诱导产生·O2-,使BSO的电子空穴分离效率提高,从而提高光催化活性)。循环实验结果表明0.2Pt/BSO催化剂具有良好的稳定性。2.采用一步水热法制备Bi2SiO5/Bi4Si3O12二元复合材料;在相同水热条件下,通过改变溶剂分别制备得到纯Bi2SiO5和Bi4Si3O12。将所制光催化剂用于去除类固醇类激素如17α-乙炔基雌二醇(EE2)、17β-雌二醇(E2)以及双酚类化合物如双酚A(BPA)、双酚B和双酚AP。结果表明,由于类固醇类激素比双酚类化合物疏水性更强,Bi2SiO5/Bi4Si3O12对类固醇类激素EE2和E2不仅具有吸附特性,且具优异的光催化活性;对双酚类化合物BPA、BPB、BPAP无吸附作用,但具有良好的光催化作用。在最优光催化降解条件(pH=5.8,催化剂投加量为0.5g/L)下,Bi2SiO5/Bi4Si3O12通过吸附-光催化协同作用,经暗反应30min后,对10mg/L EE2和E2的吸附去除率分别为60.3%,33.8%;再经光照12min后对10mg/L EE2的总去除率就能达到99.4%,经光照18min后,E2总去除率达到98.0%。光照48min后,Bi2SiO5/Bi4Si3O12降解双酚类化合物:BPA、BPB和BPAP,最终去除率分别为78.5%,81.7%和88.56%。催化动力学拟合结果表明Bi2SiO5/Bi4Si3O12二元复合催化剂对10mg/L EE2的催化反应速率是EE2自然光降解的124.96倍,是P25的27.29倍,是Bi2SiO5的9.69倍,是Bi4Si3O12的26.41倍。据活性物种捕获实验,光催化降解过程是由h+、·O2-和·OH共同起作用,将EE2进行氧化降解。结合相关实验数据分析,Bi2SiO5的导带比Bi4Si3O12更负,价带比Bi4Si3O12更正,有利于光生e-和h+分别向Bi4Si3O12导带和价带扩散,从而降低光生e-和h+复合效率,从而使电子和空穴的复合效率降低,促进EE2的降解。
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