Page 131 - 《精细化工》2021年第9期

第 9 期 汪鸣凤，等: Bi 2 S 3 /CNFs 复合材料制备及其光催化性能 ·1845·

中，保持光照条件，催化剂投加量等条件一致。反
应完成后，通过离心回收催化剂，洗涤、干燥处理
后投入后续循环实验，结果见图 10。
如图 10a 所示，经过 3 次使用后，47% Bi 2 S 3 /
CNFs 复合材料的光催化活性略微下降，可能是由于
光催化剂的通道堵塞或光催化剂收集不完全造成
的 [33] 。3 h 光照下，对 MTZ 的降解率从 92%降至
87%，仍具有较高的光催化活性，证明样品重复利
用后仍具有较好的光催化活性。图 10b 是光催化反
应前后 Bi 2 S 3 /CNFs 复合材料的 XRD 图。经过 3 次
光催化运行后，峰的位置和峰比率与初始光催化剂
几乎相同。所以，Bi 2 S 3 /CNFs 复合材料可以作为一
种高效稳定的光催化剂。

图 9 Bi 2 S 3 和 Bi 2 S 3 /CNFs 样品对 MTZ 暗反应的吸附（a），
光催化降解（b）和动力学曲线（c）
Fig. 9 Adsorption curves for MTZ (a), photocatalytic
degradation (b) and kinetic curves (c) of Bi 2 S 3 and
Bi 2 S 3 /CNFs samples

有机污染物的光降解遵循一级反应动力学方程： 图 10 催化剂 Bi 2 S 3 /CNFs 稳定性测试
ln( /   kt （2） Fig. 10 Stability test of Bi 2 S 3 /CNFs
)
0 t
式中：  和  分别是 MTZ 溶液的初始和 t 时刻的 2.9.3 可能的光催化机理
0
t
质量浓度，mg/L；t 为反应时间，min；k 是反应速 在光催化降解过程中起作用的活性成分可能为
–1
率常数，min 。 羟基自由基（•OH）、光生空穴（h ）和超氧自由基
+
根据一级反应动力学方程作出图 9c，斜率 k 为 （•O 2 ）等 [34-35] 。为了探究 Bi 2 S 3 /CNFs 复合材料光
–
反应速率常数，通过反应速率常数反映复合材料光 催化降解 MTZ 过程中起主要作用的活性物种成分，
催化活性。图 9c 为 ln(  0 /  )和 t 之间的线性关系。 进行自由基捕获剂实验。用异丙醇（IPA）、碘化钾
t
+
–
可以看出，47% Bi 2 S 3 /CNFs 复合材料的反应速率常 （KI）和苯醌（BQ）分别考察•OH、h 和•O 2 对 MTZ
–1
数为 0.0128 min ，是 Bi 2 S 3 的 5.7 倍,这表明 CNFs 降解效果的影响，结果如图 11 所示。
和 Bi 2 S 3 之间的复合增强了光催化活性。 在反应溶液分别加入 IPA、KI 和 BQ 后，MTZ
2.9.2 光催化回用效果测试 的降解率由 92%降至 64%、62%和 84%。结果表明，
–
+
除光催化降解效率外，稳定性也是评价催化剂 •OH、h 和•O 2 参与了 MTZ 的光催化降解，而•OH
+
性能的重要指标。因此，对 47% Bi 2 S 3 /CNFs 复合材 和 h 是该体系的主要活性组分。基于此，提出一种
料进行光催化降解 MTZ 的循环实验。每次循环实验 可能的光催化降解机理来解释 Bi 2 S 3 /CNFs 光催化活