铁酸铋及其复合物声催化降解水中有机污染物研究

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伴随着科学技术的发展,药物废水中的有机污染物种类和和毒性逐渐增加,因此需要探寻处理药物废水的有效方式。声催化氧化法是一种新兴的处理水中有机污染物的技术,具备操作简单、可实用性强、无二次污染等优势。Bi Fe O3是一种具有独特结构的铁磁性材料,在光催化、储能等领域应用广泛,但其在声催化领域的研究还未展开。本研究将Bi Fe O3作为声催化剂,探究其与超声技术联用后的声催化活性,并通过构建复合物的形式进一步提高其声催化活性,研究内容如下:首先,采用水热法制备了3D花状Bi Fe O3纳米半导体,通过合成工艺调节Bi Fe O3的形貌并对其进行表征。将Bi Fe O3与超声技术相结合,声催化氧化模拟污染物亚甲基蓝(MB)以探索Bi Fe O3的声催化性能。在优化实验条件下,Bi Fe O3声催化剂与超声技术联用后对MB的去除率达到94.3%。通过自由基捕获实验确定羟基自由基(·OH)、超氧阴离子自由基(·O2-)和空穴(h+)是导致MB降解的活性物质。经过四个循环的使用,Bi Fe O3仍能保持较高的声催化活性和良好的稳定性。其次,将Bi Fe O3纳米半导体材料与Cu2O复合制得Cu2O/Bi Fe O3复合物并表征,探究其对水中模拟污染物四环素(TET)的声催化降解效果。结果表明,与纯相的Bi Fe O3相比,所制备的Cu2O/Bi Fe O3异质结对TET有更好的声催化活性,且复合比为3%的Cu2O/Bi Fe O3声催化降解效果最好。在优化实验条件下,3%Cu2O/Bi Fe O3声催化剂与超声技术联用后对TET的降解率达到98.0%。通过清除剂实验确定声催化反应产生的活性物质是·OH、·O2-和h+,并提出其可能的声催化降解机理。重复使用的结果表明Cu2O/Bi Fe O3具有良好的稳定性和重复利用性,TET降解产物对大肠杆菌抑制实验结果表明声催化氧化法能够有效解除TET的生物毒性。最后,采用高效液相色谱-质谱联用技术(HPLC-MS)分别研究了MB和TET的降解产物,并提出了可能的降解路径。以上实验结果表明,通过形貌调控和构建异质结均可有效地提升Bi Fe O3的声催化性能。期望本文研究结果可为Bi Fe O3及其复合物在声催化处理有机污染物废水方面的进一步研究和实际应用提供有用的参考依据。
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