复合型钨酸铋催化超声降解药物废水研究

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Bi2WO6是一种重要的半导体材料,近年来广泛用于催化降解有机废水的研究中。声催化是高级氧化法的一种,由于其具有高效、清洁、可以重复使用,已经被应用到了有机污染物的处理当中。Bi2WO6和超声协同去除药物废水中的有机物,本课题组前期已经研究过,但是去除效果不太理想,为了提高去除率,采取了分别将Cu WO4和Ag2O与Bi2WO6结合起来,形成复合材料,改变其结构特点,有效的抑制电子(e-)-空穴(h+)对的复合,产生更多的活性物质,增加对药物废水的去除效果。(1)通过水热法制备了Bi2WO6,然后采用沉淀法制备了Ag2O/Bi2WO6复合物,并用来去除环丙沙星(CIP)。对合成的复合物进行了XRD、BET、XPS、DRS的表征,对其结构和形貌有了更加清楚的认识和了解。接下来我们考察了复合比、加入量、初始浓度、p H值、超声功率和时间等条件对Ag2O/Bi2WO6去除CIP的影响,探寻影响规律。当Ag2O/Bi2WO6复合物的加入量为2.5 g/L,超声功率200 W,CIP溶液的浓度为5 mg/L,超声60 min,对溶液中的CIP的去除率能够达到95.46±1.50%,反应过程符合拟一级动力学模型,反应动力学常数k为0.0146 min-1,是Bi2WO6结合超声去除CIP的k值的1.40倍,能够明显提高去除效率。清除剂实验表明:h+、羟基自由基(·OH)和超氧基阴离子(·O2-)是去除CIP的主要活性物质,提出了一种Z型异质结的声催化反应机理。此外,还进行了重复利用实验,Ag2O/Bi2WO6复合物循环使用4次,对CIP的去除率仍然能够达到91.15%±1.28%,而且组成元素的含量没有发生明显改变,材料比较稳定,不易对环境造成污染。(2)通过一锅法制备了Cu WO4/Bi2WO6复合物,用其去除四环素(TET),同样对合成的物质进行了验证,对其结构和形貌有了更加清楚的认识和了解。接下来我们考察了复合比、加入量、溶液浓度、p H值、超声功率、K2S2O8的加入量和时间等条件对Cu WO4/Bi2WO6去除TET的影响,探寻影响规律。当Cu WO4/Bi2WO6复合物的加入量为1 g/L,超声功率500 W,TET溶液的浓度为20 mg/L,K2S2O8的加入量为2.7 g/L,超声60 min,对溶液中的TET的去除率能够达到97.47±0.98%,反应过程符合拟一级动力学模型,反应动力学常数k为0.02484 min-1,是Bi2WO6结合超声去除TET的k值的3.64倍,能够明显提高去除效率。清除剂实验表明:h+、·OH和·O2-是去除TET的主要活性物质,提出了一种Type-Ⅱ型的声催化反应机理。此外,我们还进行了重复利用实验,Cu WO4/Bi2WO6具有理想的重复使用率,循环使用4次,去除率仍然能够达到92.10%±1.41%。总而言之,Bi2WO6分别与Ag2O和Cu WO4形成的复合物,能够明显提高Bi2WO6的声催化性能,对CIP以及TET等药物废水有着很好的去除效果,制得的复合材料,在声催化降解药物废水中,有着很好的一个发展前景,能够发挥巨大的作用。
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