Page 199 - 《精细化工》2022年第11期

第 11 期 张舒萌，等: 3D 球状 BiOI 耦合过一硫酸盐可见光降解金橙Ⅱ ·2349·

游植物的光合作用而引起水生环境失衡。对于偶氮染 以上试剂均为分析纯。
料废水的传统处理技术，例如：UV/H 2 O 2 、电化学 X130W/TMP 型扫描电子显微镜，荷兰 PHILIPS
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氧化以及混凝等，不仅能耗大还会形成大量污泥 。 公司；GENESIS 型 X 射线能谱仪，美国 EDAX 公
光催化氧化技术因生态友好、低成本、效率高等优 司；SMART APEXⅡ型 X 射线多晶衍射分析仪
点而受到广泛关注，是一种有前途的废水处理工艺。 （XRD），德国布鲁克 AXS 公司；UV-3600 型紫外-
铋（Bi）是自然界中唯一低毒、低放射性的重 可见光谱仪，日本岛津公司；BBZM-Ⅰ型氙灯光
金属元素，属于绿色资源。铋基半导体是拥有可见 源，安徽郎溪博贝照明厂；100 mL 四氟乙烯内衬
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光响应的光催化剂 。其中，卤氧化铋（BiOX，X=Cl、 型水热反应釜，上海秋佐科技公司；RXF1200-4.5-12
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2+
Br、I）因为独特的[Bi 2 O 2 ] 层和双 X 层交替排列的 型箱式电阻炉，上海热凡高温设备有限公司；
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类石墨烯层状结构 、较窄的禁带宽度和间接跃迁 UV-1800 型紫外-可见分光光度计，上海美谱达仪器
方式而拥有良好的光催化活性，BiOI 相比于 BiOCl 有限公司。
和 BiOBr 拥有更窄的禁带宽度，可以更有效地利用 1.2 制备
可见光。 用简单的溶剂热法制备 BiOI。称取 1.455 g
光催化与基于过硫酸盐（PS）的高级氧化技术 Bi(NO 3 ) 3 •5H 2 O（3 mmol）、0.498 g KI（3 mmol），
–
（AOP）的耦合可以大大提高催化剂的光催化活性， 使 n(Bi )∶n(I )=1∶1。然后，将 Bi(NO 3 ) 3 •5H 2 O 溶
3+
–
使 PS 产生强氧化性的•SO 4 （氧化还原电位为 2.5~ 于 20 mL 乙二醇中得到溶液 A，KI 溶于 20 mL 乙二
3.1 eV），从而提升高浓度污染物的降解效果。目前， 醇中得到溶液 B，溶液 A 缓慢滴加进溶液 B 中，获
PS 的活化途径有光、热、紫外、臭氧、金属氧化物、 得橙黄色溶液，继续搅拌 1 h，使各物质混合均匀。
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过渡金属离子等 。其中，可见光诱导激活 PS 的光 将混合溶液转移至内衬 100 mL 的聚四氟乙烯高压
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催化剂受到越来越多的关注 。 反应釜中，反应釜置于马弗炉中，控制水热反应温
微观形貌的不同决定了 BiOI 暴露平面不同，因 度为 120 ℃保持 6 h，待冷却至室温后，用去离子
而本文以乙二醇为溶剂，通过控制水热反应温度对 水洗涤 3 次，再用无水乙醇洗涤 3 次，以去除残留
BiOI 进行形貌调控，成功制备了 3D 球状 BiOI，球 的化学物质。最后，将其在 60 ℃烘箱中干燥 12 h，
状的形貌更大地暴露了其活性位点，有助于光生载 得到橙黄色粉末，即为 BiOI。
流子的分离。相对于复合材料，单独的 BiOI 同样对 1.3 表征
可见光有良好的响应，将其直接引入高级氧化体系， SEM：使用扫描电子显微镜，加速电压 20 kV，
作为过一硫酸盐（PMS）的活化剂，在很低的用量 工作距离 WD=11.5 mm。EDS：采用 X 射线能谱仪，
下就能达到对高浓度污染物的高效去除。通过 加速电压 20 kV，脉冲 8.57 kcps。XRD：采用 X 射
XRD、SEM、UV-Vis 等方法对制备的 BiOI 催化剂 线多晶衍射分析仪对材料进行物相组成分析。紫外-
进行了表征，探索了催化剂用量、PMS 用量、pH、 可见漫反射光谱（UV-Vis-DRS）：采用紫外-可见光
无机阴离子等因素对降解体系的影响，确定 BiOI 谱仪测定材料的吸收光波长及强度。
活化过一硫酸盐可见光降解金橙Ⅱ的优化参数，并 1.4 催化实验
进行了动力学分析，通过自由基猝灭和紫外-可见光 取 100 mL 100 mg/L 的金橙Ⅱ溶液于烧杯中，
谱图的分析，确定了 BiOI 的吸收边缘和禁带宽度，
加入一定量的粉末状催化剂 BiOI，在黑暗条件下搅
推测了催化反应的主要活性物种及光催化氧化可能
拌 30 min 达到吸附-解吸平衡后，加入一定量的
的机理。
PMS，在 350 W 氙灯（可见光范围）照射下进行降
1 实验部分 解反应，反应时长为 60 min。分别在 0、5、10、20、
30、40、50、60 min 取 2 mL 水样，经 0.45 μm 滤膜
1.1 主要试剂与仪器 过滤水样得到滤液，再加入 2 mL 乙醇，猝灭残留自
五水合硝酸铋〔Bi(NO 3 ) 3 •5H 2 O〕、碘化钾（KI）、 由基，使反应终止。在波长为 484 nm 的紫外-可见
乙二醇，国药集团化学试剂有限公司；过硫酸氢钾 分光光度计上测量其吸光度，计算降解率并进行动
（ KHSO 5 •0.5KHSO 4 •0.5K 2 SO 4 ， KHSO 5 质量 分数 力学拟合，降解效率和速率常数分别由式（1）和式
42%~46%）、草酸钠、L-组氨酸、对苯醌（C 6 H 4 O 2 ， （2）得出。
BQ），上海麦克林生化科技有限公司；无水乙醇、 降解效率/%=(ρ 0 –ρ)/ρ 0 ×100 （1）
碳酸氢钠、氢氧化钠、氯化钠、硫酸钠、叔丁醇， 1/ρ–1/ρ 0 =k obs ·t （2）
西陇科学股份有限公司；碳酸钠、硫酸、金橙Ⅱ 式中：ρ 0 为初始污染物质量浓度，mg/L；ρ 为降解
（C 16 H 11 N 2 NaO 4 S）、硝酸钠，罗恩试剂有限公司。 体系中某时刻的污染物质量浓度，mg/L；k obs 为准