TiO2–BN电纺纳米纤维的光催化性能及其在药物降解与废水处理中的应用

DOI: 10.1039/c9pp00304e

氮化硼（BN）纳米片是一种很有前途的催化剂载体材料。合成了一系列TiO₂-BN电纺纳米纤维，用于可见光下光催化处理布洛芬及二级废水。X射线光电子能谱揭示了BN纳米片与TiO₂纳米粉体之间存在B-O-Ti键，从而导致了能量重排，带隙变窄，并提高了TiO₂-BN纳米复合材料在可见光谱中的光利用效率。瞬态光电流测量表明，BN增强了光生空穴从块状TiO₂纳米纤维到其表面的传输，从而提高了分离效率，减少了载流子的复合。布洛芬降解动力学研究表明，纳米复合材料中BN含量越高，TiO₂-BN催化剂的光催化性能越好。TiO₂-10％BN催化剂的动力学速率常数是纯TiO₂纳米纤维的10倍。废水中有机污染物的降解与布洛芬的降解趋势一致，并随着BN含量的增加而改善。通过对废水的多次循环处理，证明了TiO₂-BN纳米复合材料作为高效太阳能光催化剂的稳定性。结果表明，在可见光下，TiO₂-BN是一种极好的光催化剂。

图1 BN、TiO₂和TB4的ATR-FTIR光谱。BN：氮化硼；TB4：TiO₂-10 wt％BN。

图2（a）TB4（TiO₂-10 wt％BN）和（b）TiO₂的透射电镜图像。

图3 BN、TiO₂和TB4的（a）B 1s，（b）O 1s和（c）Ti 2p区域的XPS光谱。BN：氮化硼；TB4：TiO₂-10 wt％BN。

图4 TiO₂和TiO₂-BN纳米复合材料转化的Kubelka-Munk函数(F(R)•E)²与能量的关系图。TB1：TiO₂-1wt％BN；TB2：TiO₂-3wt％BN；TB3：TiO₂-5wt％BN；TB4：TiO₂-10wt％BN。

图5制备的纯TiO₂和TB4（TiO₂-10wt％BN）暴露在可见光下的光电流谱。相对于Ag/AgCl，施加的电位为0V。“打开”和“关闭”表示分别打开和关闭可见光。

图6在可见光下合成的光催化剂上布洛芬降解的光催化动力学。误差条代表重复实验的标准偏差。TB1：TiO₂-1wt％BN；TB2：TiO₂-3wt％BN；TB3：TiO₂-5wt％BN；TB4：TiO₂-10wt％BN。

图7就DOC浓度、FEEM总峰体积和SUVA值的降低而言，在可见光照射2小时后，用不同的催化剂对废水进行光催化处理。误差条表示重复实验的标准偏差。TB1：TiO₂-1wt％BN；TB2：TiO₂-3wt％BN；TB3：TiO₂-5wt％BN；TB4：TiO₂-10wt％BN。

图8不同光催化剂处理废水2小时后的FEEM光谱。注：I区对应芳香蛋白，II区对应黄腐酸类化合物，III区对应可溶性微生物副产物类物质，IV区对应腐殖酸类有机物。TB1：TiO₂-1 wt％BN；TB2：TiO₂-3 wt％BN；TB3：TiO₂-5 wt％BN；TB4：TiO₂-10 wt％BN。

图9就不同的FEEM峰体积而言，在可见光照射2小时后，用不同的催化剂对废水进行光催化处理。TB1：TiO₂-1 wt％BN；TB2：TiO₂-3 wt％BN；TB3：TiO₂-5 wt％BN；TB4：TiO₂-10 wt％BN。

图10就DOC、FEEM总峰体积和SUVA而言，在可见光下的重复和再生循环中，用TB4（TiO₂-10 wt％BN）对废水进行光催化处理。误差条代表重复实验的标准偏差。