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新材料具有較高光催化降解能力 使廢水變“肥水”

工業、農業、生活、食品加工等領域的廢(污)水中含有較高濃度的持久性含氮有機污染物,其毒性大、難以生物降解,并易在生物體內富集,導致人和動物的癌變、畸變等。水環境中持久性含氮有機污染物的防治工作艱巨復雜,用傳統方法很難處理。因此,如何高效、簡便、環境友好治理持久性有機污染物成為全球前沿研究領域。

近日,科技日報記者在山東農業大學采訪時了解到,該校殷煥順、王軍教授團隊聯合攻關,制備的三元鉍系光催化劑,使羅丹明B、日落黃和四環素這三種常見含氮污染物基本完全降解,并使其中的有機氮轉為銨肥。目前該成果已刊登在國際知名期刊《應用催化B:環境》上。

光催化技術作為復合高級氧化技術的一種,在光的照射下,光催化劑表面會產生氧化能力較強的自由基和活性氧,將有機污染物氧化分解,達到去除有機污染物的目的。光催化技術作為一種低能耗、環境友好的凈化技術,20世紀六七十年代興起,一直是國內外學術界研究的熱點。目前,光催化劑降解轉換效率低、對可見光利用較少等瓶頸難題,制約了光催化技術的研發及其在生產中的應用。

殷煥順和王軍教授團隊向記者表示,前人的研究表明,氯氧鉍(BiOCl)/碳酸氧鉍(Bi2O2CO3)復合納米材料有較好的光催化活性,但在治理水環境中有機污染物方面的效率仍需要進一步提升。鉍(Bi)系金屬中有很多材料能在可見光條件下完成光催化,是理想的光催化劑。同時作為一種無毒的元素,鉍的泄漏不存在環境污染問題。然而,單一光催化劑材料在治理水環境中有機污染物時,存在著光生電子—空穴重組率高的問題。

為此,該團隊創新性地通過一步水熱法制備了Bi/BiOCl/Bi2O2CO3三元復合納米材料,簡化了材料制備過程,并以羅丹明B及日落黃和四環素這三種常見的水中有機污染物為目標降解物進行研究。

他們的實驗結果表明,Bi/BiOCl/Bi2O2CO3復合納米材料能夠快速降解羅丹明B,可見光照射12分鐘條件下,1毫克/毫升的復合材料能夠將20毫克/千克的羅丹明B降解掉99%,礦化率為91.46%(可見光照射24分鐘),降解速率高達0.2694/分鐘,相比單一的BiOCl、Bi2O2CO3材料,降解速率分別增加12.58倍和168.38倍。同時,鉍在制備的復合納米材料中穩定性較高,泄漏到環境中的濃度僅為0.8納克/毫升。

他們的研究也發現,由于羅丹明B分子結構中氮元素在光催化過程中生成銨根離子,在使用Bi/BiOCl/Bi2O2CO3復合納米材料治理后得到的水具有一定肥力,使得原本明顯抑制綠豆芽根發育的含羅丹明B廢水,在被降解后反而促進綠豆芽根的伸長。

他們還嘗試用Bi/BiOCl/Bi2O2CO3復合納米材料降解其他兩種含氮有機污染物日落黃和四環素,結果表明,70分鐘可見光照射下,污染物基本完全降解,礦化率分別能夠達到85.53%和80.13%。日落黃和四環素分子結構中的有機氮也成功轉化為銨根離子,使得降解的廢水具有肥力。他們認為,該復合材料也具有廣譜降解有機污染物的能力,具有較高的光催化降解能力。

 

來源:科技日報
編輯:GY653

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