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质子化氮化碳/碘氧化铋(PCN/BiOI)异质结降解水中酚类内分泌干扰物

文章出处:人气: 发表时间:2022-04-02 15:09

  双酚A和壬基酚等酚类内分泌干扰物(EDCs)在工业和生活废水中频繁检出。光催化是一种有效的降解手段,但低浓度EDCs在催化剂表面的吸附是降解的限速步骤。通过对g-C₃N₄进行质子化处理(如用盐酸浸泡),可以在其表面引入大量的氨基正离子(-NH₃⁺)。这一改性不仅增大了g-C₃N₄的比表面积,使其纳米片层变得更加蓬松,更重要的是,其表面的正电荷增强了对水中弱酸性酚类EDCs(在中性pH下可部分解离为阴离子)的静电吸附和氢键作用,能主动“捕捉”并富集污染物分子。将PCN与窄带隙可见光催化剂BiOI复合构建Z型异质结,则可以进一步促进光生电荷分离,提高光催化活性。这种“吸附富集”与“催化降解”在材料设计层面的融合,是提升低浓度污染物光催化处理效率的有效策略。

  

  本研究通过简单的酸处理制备了PCN,然后原位沉积BiOI纳米片,形成了紧密的2D/2D PCN/BiOI异质结。XPS和功函数计算证实了Z型电荷转移路径。在可见光照射下,PCN/BiOI对双酚A和壬基酚的降解速率常数是纯g-C₃N₄的15倍以上,并且其性能在广泛的pH范围(3-9)内保持高效。吸附实验和原位红外光谱证实,PCN组分确实通过静电引力和氢键作用,将水中的EDCs分子高效富集到了催化剂的表面。被富集的污染物在极近的距离内,被光催化产生的·OH和·O₂⁻等活性物种高效氧化降解。这解决了低浓度污染物因传质慢而导致的反应速率瓶颈问题。

  

  在5次循环实验中,PCN/BiOI的催化活性和结构保持稳定。该研究通过简单的质子化预处理,同时调控了g-C₃N₄的表面化学性质和能带结构,实现了对水中酚类内分泌干扰物的“主动抓捕”与“高效光催化降解”的一体化,为开发针对水中特定痕量污染物的智能光催化材料提供了新思路。

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