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一區(qū)論文應(yīng)用案例 · 前沿專題型

(W-BiVO4-x/rGO)光催化劑，用于有效去除污染物

該研究發(fā)表于 Separation and Purification Technology（2021），使用 XH-8000 / XH-8000Plus 開展 光催化水處理、抗生素廢水去除 研究，關(guān)鍵結(jié)果包括常規(guī)水熱樣品對(duì)應(yīng)去除率 78.7%；去除效率 93.6%；去除效率 12.9%。

論文編號(hào) 497
應(yīng)用方向 光催化水處理、抗生素廢水去除、缺陷工程、石墨烯復(fù)合半導(dǎo)體、微波水熱合成
關(guān)鍵結(jié)果 常規(guī)水熱樣品對(duì)應(yīng)去除率 78.7%
核心條件 時(shí)間 12 h / 30 min
論文編號(hào)
497
期刊
Separation and Purification Technology
影響因子
9.136
中科院分區(qū)
1 區(qū)
發(fā)表年份
2021
設(shè)備型號(hào)
XH-8000 / XH-8000Plus
作者單位
哈爾濱工業(yè)大學(xué)；哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院、城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
Harbin Institute of Technology; State Key Laboratory of Urban Water Resources and Environment, School of Environment, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China
研究方向
光催化水處理 抗生素廢水去除 缺陷工程 石墨烯復(fù)合半導(dǎo)體 微波水熱合成

事實(shí)快照

  • 論文：(W-BiVO4-x/rGO)光催化劑，用于有效去除污染物
  • 設(shè)備：XH-8000 / XH-8000Plus
  • 期刊與分區(qū)：Separation and Purification Technology，中科院 1 區(qū)
  • 核心條件：時(shí)間 12 h / 30 min
  • 關(guān)鍵結(jié)果：常規(guī)水熱樣品對(duì)應(yīng)去除率 78.7%；去除效率 93.6%；去除效率 12.9%
  • 用途：可作為 光催化水處理、抗生素廢水去除 的論文證據(jù)頁。

研究摘要

作者通過一步微波水熱法構(gòu)建了富氧空位 W-BiVO4-x/rGO 可見光光催化劑，用于高效去除 CIP 和 CTC。論文指出，W 摻雜主要提升光生載流子密度，rGO 擴(kuò)大比表面積、拓寬光吸收并促進(jìn)電荷傳輸，氧空位則兼具縮窄帶隙和增強(qiáng) ?O2? 生成的作用；三者協(xié)同后，使 CIP 降解速率常數(shù)較 W-BiVO4/rGO、BiVO4/rGO、W-BiVO4 和 BiVO4 分別提高 1.73、5.32、6.43 和 10.70 倍。作者同時(shí)借助淬滅實(shí)驗(yàn)、ESR 與 DFT 計(jì)算，系統(tǒng)解釋了材料界面作用增強(qiáng)、氧分子吸附強(qiáng)化和活性物種生成提升的原因。

研究背景與解決的問題

作者通過一步微波水熱法構(gòu)建了富氧空位 W-BiVO4-x/rGO 可見光光催化劑，用于高效去除 CIP 和 CTC。

設(shè)備應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)條件

項(xiàng)目參數(shù)
時(shí)間12 h / 30 min

關(guān)鍵結(jié)果

常規(guī)水熱樣品對(duì)應(yīng)去除率 78.7%
去除效率 93.6%
去除效率 12.9%
降解效率 6.9%
指標(biāo)結(jié)果
常規(guī)水熱樣品對(duì)應(yīng)去除率78.7%
去除效率93.6%
去除效率12.9%
降解效率6.9%
去除率26.2%
去除率86.8%

機(jī)制/方法亮點(diǎn)

  • 三類活性物種共同參與，其中 h+ 與 ?O2? 作用更突出 自由基淬滅實(shí)驗(yàn)表明： 加入 KI 后，CIP 去除率由 93.6% 降至 50.9%；加入 CF 后，降至 67.6%；加入 TBA 后，降至 78.2% 據(jù)此可知，h+、?O2? 和 ?OH 都參與降解，其中 h+ 與 ?O2? 的影響更明顯。
  • ESR 直接驗(yàn)證了活性物種生成 ESR 測(cè)試顯示： 暗態(tài)下未觀察到明顯 DMPO-?O2? 和 DMPO-?OH 信號(hào)；光照后出現(xiàn) DMPO-?OH 的 1:2:2:1 特征峰；同時(shí)出現(xiàn) DMPO-?O2? 的四重峰；隨照射時(shí)間延長，信號(hào)持續(xù)增強(qiáng) 此外，W-BiVO4-x/rGO 的 DMPO-?O2? 信號(hào)強(qiáng)于 W-BiVO4/rGO，說明氧空位確實(shí)強(qiáng)化了超氧自由基生成。
  • DFT 解釋了界面增強(qiáng)與氧吸附增強(qiáng)的根源 DFT 結(jié)果給出了幾條關(guān)鍵證據(jù)： W-BiVO4-x/rGO 與石墨烯層間電荷轉(zhuǎn)移最強(qiáng)；界面凈電荷轉(zhuǎn)移量由 BiVO4/rGO 的 0.0847、W-BiVO4/rGO 的 0.1006 提升到 W-BiVO4-x/rGO 的 0.2918；W-BiVO4-x/rGO 的功函數(shù)最低，為 4.7956 eV，電子更易逸出 在氧吸附模型中： W-BiVO4/rGO-O2 的吸附能為 -2.2980 eV；W-BiVO4-x/rGO-O2 的吸附能為 -3.6469 eV；對(duì)應(yīng) O-O 鍵長由 1.4182 ? 進(jìn)一步拉伸到 1.5001 ? 這說明氧空位顯著增強(qiáng)了氧分子吸附和活化，為 ?O2? 生成提供了更有利條件。
  • 降解路徑以去官能團(tuán)、開環(huán)和小分子礦化為主 基于 HPLC-ESI-Q-TOF-MS，作者提出： CIP 主要經(jīng)歷羥基化、哌嗪環(huán)斷裂、脫羰基、脫氟、脫氨和開環(huán)等過程，最終礦化為 CO2 和 H2O；CTC 主要經(jīng)歷脫氯、去甲基、脫羥基、羰基斷裂和連續(xù)開環(huán)等過程，最終向小分子產(chǎn)物轉(zhuǎn)化 這使論文不僅給出了“能降解”的結(jié)果，也補(bǔ)上了“怎么降解”的路徑證據(jù)。

應(yīng)用價(jià)值

  • 論文明確使用祥鵠 XH-8000Plus 完成關(guān)鍵微波水熱合成，設(shè)備型號(hào)、廠家、溫度、時(shí)間和反應(yīng)器體積信息齊全。
  • 把 W 摻雜、氧空位工程和 rGO 復(fù)合三種增效機(jī)制整合到同一 BiVO4 體系中，協(xié)同邏輯清楚。
  • 微波路線將制備時(shí)間從 12 h 壓縮到 30 min，同時(shí)把 CIP 去除效率提升到 93.6%，對(duì)照優(yōu)勢(shì)明確。
  • CIP 速率常數(shù)達(dá)到 0.04377 min?1，較原始 BiVO4 提升 10.70 倍，傳播點(diǎn)非常強(qiáng)。
  • 通過淬滅實(shí)驗(yàn)、ESR 與 DFT 共同鎖定 h+、?O2?、?OH 及氧空位增強(qiáng)氧吸附這一完整機(jī)制鏈。

相關(guān)儀器推薦

常見問題

這篇論文使用了哪種設(shè)備？
本研究使用 XH-8000 / XH-8000Plus。
研究的核心發(fā)現(xiàn)是什么？
該研究發(fā)表于 Separation and Purification Technology（2021），使用 XH-8000 / XH-8000Plus 開展 光催化水處理、抗生素廢水去除 研究，關(guān)鍵結(jié)果包括常規(guī)水熱樣品對(duì)應(yīng)去除率 78.7%；去除效率 93.6%；去除效率 12.9%。
該研究發(fā)表在哪個(gè)期刊？
發(fā)表于 Separation and Purification Technology，中科院 1 區(qū)。
引用信息
Insight into a novel microwave-assisted W doped BiVO4 self-assembled sphere with rich oxygen vacancies oriented on rGO (W-BiVO4-x/rGO) photocatalyst for efficient contaminants removal
Separation and Purification Technology, 2021
DOI: 10.1016/j.seppur.2021.119610