研究目的
合成并评估用于可见光光催化臭氧氧化处理制药废水的层级仿生BiVO4催化剂,重点关注降解效率与协同效应。
研究成果
层级仿生L-BiVO4相比块体B-BiVO4在光催化臭氧氧化中表现出更高的催化活性和协同效应,这归因于其负的导带电位和形貌特征。主要活性物种为h?和?OH,两者贡献相当。L-BiVO4在多次循环中性能稳定,显示出在水处理实际应用中的潜力。
研究不足
该研究仅限于含有特定污染物(邻苯二甲酸酯和青霉素)的模拟废水;实际废水可能具有复杂的基质,从而影响处理效果。催化剂的合成需要精确的水热条件,这可能不易实现规?;?。臭氧浓度的优化取决于具体环境,且某些无机离子(如碳酸根、磷酸根)的存在可能会抑制降解效率。
1:实验设计与方法选择:
采用水热法合成两种BiVO4材料(叶片状L-BiVO4与块体状B-BiVO4),用于可见光下光催化臭氧氧化过程的对比研究。理论模型包括协同效应指数计算及活性物种机理研究。
2:样品选择与数据来源:
以草酸(OA)和青霉素作为模拟制药废水的目标污染物,配制指定浓度溶液(如1 mM OA、0.1 mM青霉素)。
3:1 mM青霉素)。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括X射线衍射仪(XRD, X’PERT-PRO MPD)、扫描电子显微镜(SEM, JSM-7610F, JEOL)、全自动气体吸附分析仪(Autosorb-iQ, Quantachrome)、紫外-可见漫反射光谱仪(Varian Cary 5000)、紫外光电子能谱仪(ESCALAB 250Xi, Thermo Fisher Scientific)、荧光光谱仪(NanoLOG-TCSPC, Horiba Jobin Yvon)、300 W氙灯(CEL-NP2000, Aulight Co., Ltd.)、臭氧发生器(Anseros COM-AD-01)、臭氧分析仪(BMT 964C)、高效液相色谱仪(HPLC, Agilent系列1260)及总有机碳分析仪(Shimadzu TOC-VCPH)。材料包含氢氧化钠、乙酸、氨水、三乙醇胺、叔丁醇、草酸、硝酸铋、偏钒酸钠、偏钒酸铵、青霉素钠盐、超纯氧及超纯水。
4:0)、紫外光电子能谱仪(ESCALAB 250Xi, Thermo Fisher Scientific)、荧光光谱仪(NanoLOG-TCSPC, Horiba Jobin Yvon)、300 W氙灯(CEL-NP2000, Aulight Co., Ltd.)、臭氧发生器(Anseros COM-AD-01)、臭氧分析仪(BMT 964C)、高效液相色谱仪(HPLC, Agilent系列1260)及总有机碳分析仪(Shimadzu TOC-VCPH)。材料包含氢氧化钠、乙酸、氨水、三乙醇胺、叔丁醇、草酸、硝酸铋、偏钒酸钠、偏钒酸铵、青霉素钠盐、超纯氧及超纯水。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:水热合成条件为180°C处理24小时。降解实验在500 mL玻璃反应器中进行,通入臭氧(流速100 mL/min,浓度20-90 mg/L)并施加可见光照射(420-800 nm,400 mW/cm2)。催化剂投加量0.1 g/L,反应前避光进行20分钟吸附-脱附平衡,测定样品浓度及TOC去除率。
5:1 g/L,反应前避光进行20分钟吸附-脱附平衡,测定样品浓度及TOC去除率。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:采用HPLC分析OA浓度,TOC分析仪测定矿化程度,通过统计方法计算协同效应指数(η=联合工艺去除率/(光催化去除率+催化臭氧氧化去除率))。
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Scanning electron microscope
JSM-7610F
JEOL
Investigating morphological and structural features of BiVO4
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Ultraviolet photoelectron spectrometer
ESCALAB 250Xi
Thermo Fisher Scientific
Obtaining Ultraviolet photoelectron spectroscopy data
-
High-performance liquid chromatograph
Agilent series 1260
Agilent
Analyzing concentration of oxalic acid
-
TOC analyzer
TOC-VCPH
Shimadzu
Analyzing total organic carbon in solution
-
X-ray diffractometer
X’PERT-PRO MPD
Examining the crystal phase of BiVO4 materials
-
Automated gas sorption analyzer
Autosorb-iQ
Quantachrome
Measuring Brunauer-Emmett-Teller surface area
-
UV-Vis diffuse reflectance spectrometer
Varian Cary 5000
Varian
Recording UV-Vis diffuse reflectance spectra
-
Fluorescence spectrometer
NanoLOG-TCSPC
Horiba Jobin Yvon
Obtaining photoluminescence spectra
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Xenon lamp
CEL-NP2000
Aulight Co., Ltd.
Providing visible light irradiation for photocatalytic experiments
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Ozone generator
COM-AD-01
Anseros
Generating ozone for ozonation processes
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Ozone analyzer
BMT 964C
BMT
Analyzing ozone concentration in gas phase
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