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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

2019-12-23   易丝帮

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。


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


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


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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。


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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。


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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。


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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。


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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。


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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。


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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。



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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。



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