基于磁性Fe₃O₄修飾的Bi2WO6復(fù)合光催化劑應(yīng)用于降解水體中的四環(huán)素的研究

于洋　李秀梅　黃艷菊　鄭艷萍

摘 要：為了實(shí)現(xiàn)資源的合理利用并獲得有效的可見光響應(yīng)型光催化劑，首次合成了Fe3O4/Bi2WO6，并在可見光下表現(xiàn)出優(yōu)異的四環(huán)素（TC）降解活性。Fe3O4/Bi2WO6的優(yōu)異光催化性能是由于光催化劑的異質(zhì)結(jié)可以有效地促進(jìn)電子--空穴對的分離。這項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)一種高穩(wěn)定性和強(qiáng)可見光響應(yīng)光催化劑提供新的思路。

關(guān)鍵詞：Bi2WO6;磁性材料;異質(zhì)結(jié)

1 前言

環(huán)境污染和能源短缺是近十年來世界上的兩大熱點(diǎn)問題。有機(jī)污染物和有毒污染物對人體健康有害，阻礙可持續(xù)健康發(fā)展，特別是由于醫(yī)藥行業(yè)快速發(fā)展和現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的迅速發(fā)展而導(dǎo)致的特殊抗菌藥物污染現(xiàn)已成為公共衛(wèi)生機(jī)構(gòu)的重大危機(jī)[1，2]。光催化技術(shù)作為降解各種抗生素污染物的最有前途的解決方案之一。自1999年Kudo等首次報道了鎢酸鉍（Bi2WO6）在Bi2WO6由于其窄帶隙（約2.7eV）可被可見光激發(fā)，在可見光下具有較高的光催化活性。因此，Bi2WO6作為一種新型的光催化材料受到越來越多的關(guān)注[3]，如近期的研究結(jié)果表明，Bi2WO6在可見光下能有效降解氯仿和乙醛，可有效降解染料廢水。因此，Bi2WO6

光催化材料的研究將為光催化去除和降解有機(jī)污染物開辟一條新的途徑，在環(huán)境凈化和新能源開發(fā)中具有十分重要的實(shí)用價值[4-6]。磁性材料Fe3O4因其制備方法簡單，低成本已被應(yīng)用于環(huán)境污染物的治理，已成為國內(nèi)外研究者關(guān)注的焦點(diǎn)。將其應(yīng)用于廢水處理系統(tǒng)，將對復(fù)合光催化劑的回收二次甚至是多次再利用起到了極大地促進(jìn)作用。

2 實(shí)驗(yàn)步驟

2.1 Bi2WO6的制備

將1mmol的Bi（NO3）3·5H2O溶解在冰醋酸中，磁力攪拌

30min使其完全溶解，再將2mmol的Na2WO4·2H2O溶解在

去離子水中，并磁力攪拌30min使其完全溶解;再將二者溶液轉(zhuǎn)移到不銹鋼聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜在180℃條件下加熱25h，自然冷卻到室溫后，用去離子水和乙醇洗滌產(chǎn)物，通過離心分離沉淀物，將沉淀物置于真空烘箱中60℃干燥24h備用，將其標(biāo)記為Bi2WO6。

2.2 Fe3O4的制備

將FeCl3·6H2O和無水CH3COONa完全溶解于乙二醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇，超聲使其分散均勻，將其置于聚四氟乙烯反應(yīng)釜中加熱，固體產(chǎn)物用磁鐵磁選分離，分別用去離子水和乙醇洗滌三次，除去雜質(zhì)，放入干燥箱干燥，得到Fe3O4。

2.3 Fe3O4/Bi2WO6的制備

將一定量的Bi2WO6加入到一定量的Fe3O4溶液中;水浴加熱反應(yīng);得到的產(chǎn)物進(jìn)行干燥。

3 結(jié)果與討論

圖1所示為Bi2WO6、Fe3O4以及Fe3O4/Bi2WO6復(fù)合材料的X射線衍射圖，從圖中可以看出純的Bi2WO6特征衍射峰對于純Bi2WO6，不同的衍射峰位于28.5°、31.8°、47.1°、56°和58.5°處，對應(yīng)于（131），（200），（202），（133）和（262）晶面Bi2WO6，這與所報道的數(shù)據(jù)（JCPDS卡33-0256）標(biāo)準(zhǔn)卡片吻合得很好[4]。強(qiáng)而尖的衍射峰表明純Bi2WO6具有較高的結(jié)晶度。此外，對于Fe3O4樣品的XRD特征衍射峰，可以發(fā)現(xiàn)Fe3O4的特征峰在2θ=30.2°，35.5°，43.2°，53.4°，57.3°和62.6°。在Fe3O4/Bi2WO6中可以觀察到Bi2WO6及其Fe3O4的特征衍射峰，其表明已成功地制備Fe3O4/Bi2WO6。

圖2為樣品的拉曼光譜圖。Bi2WO6樣品在711cm-1處顯示了顯著的拉曼特征峰，對應(yīng)于與鎢酸鹽鏈相關(guān)的反對稱橋聯(lián)模式的拉伸振動。在308cm-1位置處對應(yīng)于Bi和WO4的平移運(yùn)動模式。在圖2中可以看到Fe3O4/Bi2WO6復(fù)合材料的特征峰，通過拉曼光譜圖可以證明，成功制備復(fù)合材料Fe3O4/Bi2WO6。

Bi2WO6、Fe3O4和Fe3O4/Bi2WO6復(fù)合材料的UV-Vis-DRS

光譜如圖3所示。發(fā)現(xiàn)Bi2WO6的吸收邊在450nm左右，說明它對可見光的響應(yīng)很小。Fe3O4/Bi2WO6的光響應(yīng)范圍略高于純Bi2WO6，但不明顯。由于Fe3O4的黑色特性，對光的吸收很強(qiáng)，因此Fe3O4/Bi2WO6復(fù)合材料在可見光區(qū)有明顯的增強(qiáng)作用。它對提高復(fù)合材料的光催化性能具有重要作用。

通過圖中可以看出復(fù)合Fe3O4/Bi2WO6光催化劑在90min

內(nèi)降解效果可以達(dá)到80%。相比較于純的Bi2WO6材料降解效果可以提升5倍左右，說明異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)促進(jìn)了光催化效果的提升，并且負(fù)載磁性Fe3O4有利于催化劑的回收以及在次使用。

Fe3O4/Bi2WO6的使用不同光催化劑光催化降解TC溶液

4 結(jié)論

通過水熱法制備復(fù)合光催化劑，通過一系列表征分析，

所制備的復(fù)合光催化劑對可見光有良好的響應(yīng)能力，在90min內(nèi)對四環(huán)素的降解效率可以達(dá)到80%，復(fù)合磁性材料不僅提高了催化劑的二次回收效率，同時，催化劑對可見光的響應(yīng)也得到了改善。

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課題名稱：基于抗生素類廢水高效去除光催化納米反應(yīng)器的設(shè)計(jì)及其催化性能研究 編號：202001ND，單位：通化師范學(xué)院。