Page 57 - 《精细化工》2023年第6期
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第 6 期                   周添红，等:  外场辅助光催化机理及降解有机污染物研究进展                                   ·1207·


                 除了活化催化剂，微波还能够活化极性分子氧                          和光催化（21%）之和的 3.7 倍。研究表明，超声波
            化剂，达到降解污染物的目的。ZUO 等                 [65] 构建了微      的机械作用使光催化剂有效分散，超声波和紫外光
            波紫外耦合催化活化氧化系统，在不添加任何催化                             的耦合协同作用提高了自由基产率，使降解效率进
            剂的条件下，分别活化 H 2 O 2 、过碳酸盐（SPC）、过                    一步增强。
            硫酸盐（PS）和过一硫酸盐（PMS）光催化降解卡                               压电半导体材料是目前超声波辅助光催化的理
            马西平，20 min 的降解率分别达到 90%、70%、99%                    想催化剂，能够将光催化和超声催化相互耦合，包
            和 97%。研究表明，微波辐射使极性化合物（包括                           括 BiFeO 3 、BaTiO 3 、BiOCl 等 [79] 。压电材料通过超
            H 2 O 2 、SPC 等）剧烈运动，使分子被激发到更高的                     声波的机械振动诱导产生压电势，使能带弯曲构建
            激发态（转动能级甚至更高的振动能级），分子键强                            内部电场，直接将机械能转化为化学能，有效促进
            度降低，提高粒子活性，增加碰撞几率，从而提高                             了光生载流子分离的同时提高了自由基产率，提高
            催化降解效率。KI 等        [66] 使用具有微波和紫外线辐射               了光催化活性      [80-83] 。ISMAIL 等 [84] 以 BiOCl 为催化
            的 TiO 2 光催化装置降解对氯苯酚，发现在微波辐射                        剂压电光催化降解罗丹明 B（RhB），如图 6a、b 所
            和 H 2 O 2 的协同下光降解性能最高，准一级反应动力                      示，RhB 在 96 min 内分解效率（D）约 99%，而光
            学常数约为单一催化之和的 3 倍。H 2 O 2 的加入使微                     催化和压电催化对罗丹明 B 的分解效率分别仅为
            波辅助光催化的准一级反应动力学常数提高 64%，                           72%和 26%。研究表明，BiOCl 带隙（E g ）为 3.04 eV，
            说明微波能够活化 H 2 O 2 ，从而提高催化效果。                        BiOCl 具有良好的压电响应性能，振动产生的机械
                 在微波的热效应和非热效应下，光催化效率显                          应变提供内部电场，促进了光生电子-空穴对之间的
            著提高，微波辅助光催化技术具有很强的应用前景。                            分离以及超声和光催化的耦合。在可见光照射下，
            但较高的设备使用和维护成本限制了该技术的大规                             RhB 分子吸收光子，使电子从最高占据分子轨道
            模实际应用。与热场相比，微波场产生的热量能够                             （HOMO）跃迁到最低未占分子轨道（LUMO）。
            较好地被充分利用，但也存在很多能量散失。今后                             然后光生电子从 RhB 分子的导带转移到 BiOCl 的
            应在光热催化的基础上深入研究微波场在光催化过                             导带，与氧分子反应，生成活性物种，进一步氧
            程中的作用机制，重点研究微波场的非热效应。探                             化 RhB。
            索更多的原位表征手段，研究在微波影响下催化剂发
            生的变化。在此基础上，发掘具有高效微波响应的光
            催化剂，进一步提高自由基产率，高效降解污染物。
            1.4    超声场辅助光催化
                 超声催化也是一种高级氧化技术，能够通过声
            波作用降解有机物。将超声引入光催化体系能够提
            高光催化剂活性、抑制载流子复合，加快污染物降
            解，极大提升催化速率           [67-70] 。超声的作用机制主要
            有三方面。超声通过空化作用产生微小气泡，使溶
            液微观上局部温度、压力发生迅速急剧的变化，促
            进自由基的产生        [71-74] ；超声振动产生机械效应，有
            效分散光催化剂，暴露更多活性位点，提高粒子碰
            撞几率，促进催化剂和污染物接触                 [75-76] ；另外，超
            声也携带能量，其产生的热效应能够提高光催化反
            应速率。
                 ISARI 等 [77] 利用碳纳米管改性的 WO 3 在超声和
            可见光照射下降解质量浓度为 60 mg/L 的四环素，
                                 2
                                                 2
            当超声功率从 150 W/m 增大到 300 W/m ，反应后
            四环素的质量浓度从 39.6 mg/L 降至接近 0，超声功
            率的提高促进了催化剂的分散，有效增加了催化剂
            的比表面积，提高了催化剂活性。BABU 等                   [78] 制备    图 6  BiOCl 压电光催化降解罗丹明 B 示意图（a）及在
            了 CuO-TiO 2 /还原氧化石墨烯（rGO）超声辅助光催                         不同工艺下的分解效率（b）          [84]
                                                               Fig. 6    Schematic diagram of BiOCl piezoelectric photocatalytic
            化降解甲基橙，水浴控制温度为(30±3)  ℃，反应                               degradation of Rhodamine B (a) and decomposition
            90 min 能够实现完全降解，其降解率是超声（6%）                              efficiency of different processes (b) [84]
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