蜂巢状LaVO4/Bi2O3异质结光催化降解盐酸四环素的研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0149

摘要/Abstract

摘要：

为提升Bi₂O₃的光催化活性，采用溶剂热和水热法制备了LaVO₄/Bi₂O₃复合材料。利用多种手段对LaVO₄/Bi₂O₃的结构、形貌和性能进行了表征与分析，并以盐酸四环素（TCH）作为降解对象，考察了该复合材料的光催化活性。研究结果表明，LaVO₄紧密负载在Bi₂O₃表面，形成Z型异质结，这种结构能有效促进光生载流子分离，从而显著提高LaVO₄/Bi₂O₃的可见光催化活性。LaVO₄/Bi₂O₃复合催化剂具有蜂巢状形貌，这种形貌显著提升了催化剂的比表面积，并有利于反应物分子的吸附、扩散和运输。LaVO₄/Bi₂O₃对TCH的降解效果优于Bi₂O₃和LaVO₄，当LaVO₄质量分数为5%时，复合催化剂的光催化活性及稳定性最好。在可见光照射3 h后LaVO₄/Bi₂O₃对TCH的降解率可达86.32%，4次循环后对TCH的降解率仍然可达到76.58%，说明其理化性能稳定，能够长期循环使用。淬灭实验表明，LaVO₄/Bi₂O₃降解TCH过程中的主要活性物种为·OH和·O₂^-。本研究为提升Bi₂O₃的光催化活性及有效去除水体中的TCH提供了一种新思路。

关键词: Bi₂O₃, LaVO₄, 蜂巢, 光催化, 盐酸四环素

Abstract:

To enhance the photocatalytic activity of Bi₂O₃，LaVO₄/Bi₂O₃ composite was synthesized by solvothermal and hydrothermal methods.The structure，morphology and properties of the composite were analyzed and characterized using various methods.Using tetracycline hydrochloride（TCH） as the degradation object，the photocatalytic activity of the composite was investigated.The findings revealed that LaVO₄ was in close contact with the Bi₂O₃ surface，creating a Z-type heterojunction.This unique architecture effectively enhanced the photogenerated carrier separation and thus significantly amplified the visible light catalytic efficiency of LaVO₄/Bi₂O₃.The LaVO₄/Bi₂O₃ composite catalyst exhibited a honeycomb morphology，which significantly increased the specific surface area of the catalyst and facilitated adsorption，diffusion and transport of reactant molecules.LaVO₄/Bi₂O₃ exhibited the highest photocatalytic activity for TCH compared to Bi₂O₃ and LaVO₄.The optimal photocatalytic activity and stability of the composite catalyst was observed at 5% for LaVO₄.The degradation rate of LaVO₄/Bi₂O₃ on TCH was found to be 86.32% after 3 h of visible light and 76.58% after 4 cycles，indicating that its physical and chemical properties were stable and could be used for a long time.The quenching experiments revealed that the main active species in the degradation of TCH by LaVO₄/Bi₂O₃ were ·OH and ·O₂^-.This study provided a new way to enhance the photocatalytic activity of Bi₂O₃ and effectively remove TCH in water.

Key words: Bi₂O₃, LaVO₄, honeycomb, photocatalysis, tetracycline hydrochloride

中图分类号:

TQ426.6

左广玲, 王明辉, 彭云颖, 杜佳, 叶红勇. 蜂巢状LaVO₄/Bi₂O₃异质结光催化降解盐酸四环素的研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(11): 158-164.

ZUO Guangling, WANG Minghui, PENG Yunying, DU Jia, YE Hongyong. Study on hnoneycomb-like LaVO₄/Bi₂O₃ heterojunction for photocatalytic degradation of tetracycline hydrochloride[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2024, 56(11): 158-164.

图/表 10

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

参考文献 20

1	晏超群，张贤明，魏娟，等.立方体形α-Fe₂O₃光催化剂的合成及其可见光芬顿降解抗生素［J］.无机盐工业，2023，55（8）：28-35.
	YAN Chaoqun， ZHANG Xianming， WEI Juan，et al.Synthesis of cubic α-Fe₂O₃ catalyst and its photo-Fenton degradation performance of antibiotic under visible light［J］.Inorganic Chemicals Industry，2023，55（8）：28-35.
2	杨阳，仝瑶，封莉，等.纳米TiO₂暴露对水中四环素类抗生素光降解行为的影响［J］.环境工程学报，2023，17（10）：3178-3189.
	YANG Yang， TONG Yao， FENG Li，et al.Effects of nano-TiO₂ exposure on the photodegradation behavior of tetracycline antibiotics in aquatic environment［J］.Chinese Journal of Environmental Engineering，2023，17（10）：3178-3189.
3	刘婧妍，李宁，朱栩楷，等.生物炭负载纳米零价铁活化过一硫酸盐降解诺氟沙星［J］.环境科学学报，2023，43（10）：47-61.
	LIU Jingyan， LI Ning， ZHU Xukai，et al.Efficient peroxymonosulfate activation for norfloxacin degradation over distributing nano zero-valent iron onto biochar［J］.Acta Scientiae Circumstantiae，2023，43（10）：47-61.
4	兰蓥华，陈艳梅，马瑞霄，等.铈钛氧化物-凹凸棒土的制备及其光催化性能［J］.无机盐工业，2023，55（4）：133-140.
	LAN Yinghua， CHEN Yanmei， MA Ruixiao，et al.Preparation and photocatalytic performance of Ce-Ti oxide-attapulgite composit-es［J］.Inorganic Chemicals Industry，2023，55（4）：133-140.
5	SAHU S K， SIKDAR S， GHOSH M K，et al.Investigation of photocatalytic and DNA interaction of novel heterostructured GO/Bi₂O₃/ZnO nanocomposite［J］.Materials Science for Energy Technologies，2022，5：324-333.
6	DHANASEKARAN E， SIVAKUMAR N， SRIHARAN N.Enhanced photocatalytic degradation of Gd-doped Bi2O₃ for selective dyes under UV light irradiation［J］.Journal of Optoelectronic and Biomedical Materials，2022，14（3）：77-87.
7	GUAN Xin， WANG Xiaoli， ZHU Xuewen，et al.Construction of a Z-scheme heterojunction bifunctional photocatalyst with Ag-modified AgBr embedded in β-Bi₂O₃ flowers［J］.Physical Chemistry Chemical Physics，2023，25（19）：13474-13486.
8	RANI M，Meenu， SHANKER U.Efficient cleanup of emerging contaminants by green biosynthesized Z-scheme-type Bi₂O₃@CdS nanocomposite with improved photoactivity［J］.Nanotechnology for Environmental Engineering，2023，8（1）：197-218.
9	HE Rongan， LIU Haijuan， LIU Huimin，et al.S-scheme photocatalyst Bi₂O₃/TiO₂ nanofiber with improved photocatalytic performance［J］.Journal of Materials Science & Technology，2020，52：145-151.
10	谢若兰，何欢，杨世利，等.TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃复合异质结构催化材料在水处理中的应用［J］.复合材料学报，2021，38（9）：3036-3044.
	XIE Ruolan， HE Huan， YANG Shili，et al.Application of TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃ composite heterogeneous catalytic materials in water treatment［J］.Acta Materiae Compositae Sinica，2021，38（9）：3036-3044.
11	王晓丽，张琳萍，周培文，等.稀土掺杂钒酸镧微球的制备及其光催化降解抗生素［J］.无机化学学报，2019，35（5）：812-818.
	WANG Xiaoli， ZHANG Linping， ZHOU Peiwen，et al.Prepatation and photocatalytic degratation property of antibiotics of rare earth doped microspherical LaVO₄ photocatalysts［J］.Chinese Journal of Inorganic Chemistry，2019，35（5）：812-818.
12	FAN Weiliu， SONG Xinyu， SUN Sixiu，et al.Microemulsion-mediated hydrothermal synthesis and characterization of zircon-type LaVO₄ nanowires［J］.Journal of Solid State Chemistry，2007， 180（1）：284-290.
13	郭思琪，邹学军，董玉瑛，等.水热法合成的LaVO₄/WO₃复合纳米片的可见光光催化还原工业废水中Cr（Ⅵ）效果分析［J］.水资源与水工程学报，2019，30（6）：116-122.
	GUO Siqi， ZOU Xuejun， DONG Yuying，et al.Analysis of the effect of visible photocatalytic reduction of Cr（Ⅵ） in industrial wastewater by hydrothermal synthesis of LaVO₄/WO₃ composite nanoplate［J］.Journal of Water Resources and Water Engineering，2019，30（6）：116-122.
14	ZHANG Mou， XU Jingjing， CHEN Mindong.Novel Z-scheme LaVO₄/Bi₃O₄Cl heterojunctions for highly efficient degradation of ofloxacin under visible light irradiation［J］.Journal of Alloys and Compounds，2022，925：166653.
15	LI Xue， HU Jundie， YANG Tingyu，et al.Efficient photocatalytic H₂-evolution coupled with valuable furfural-production on exquisite 2D/2D LaVO₄/g-C₃N₄ heterostructure［J］.Nano Energy，2022， 92：106714.
16	LI Xiaoxiao， ZHANG Kailian， ZHOU Man，et al.The hydrothermal in situ construction of AgVO₃/LaVO₄ phase junctions for the efficient visible-light-driven disposal of pollutants and photoelectrocatalytic methanol oxidation［J］.Sustainable Energy & Fuels，2020，4（5）：2569-2582.
17	周慧，杜彬，杨鹏斌，等.鸟巢状Bi/β-Bi₂O₃异质结的制备及其可见光催化性能［J/OL］.材料研究学报，2023（2023-12-13）.https://kns.cnki.net/kcms/detail/21.1328.TG.20231212.1743.006.html.
	ZHOU Hui， DU Bin， YANG Pengbin，et al.Odium gluconate assisted synthesis of nest-like Bi/β-Bi₂O₃ heterojunction and its visible-light driven photocatalytic activities［J/OL］.Chinese Journal of Materials Research，2023（2023-12-13）.https://kns.cnki.net/kcms/detail/21.1328.TG.20231212.1743.006.html.
18	GE Lei， XU Mingxia， FANG Haibo.Preparation and characterization of silver and indium vanadate co-doped TiO₂ thin films as visible-light-activated photocatalyst［J］.Journal of Sol-Gel Science and Technology，2006，40（1）：65-73.
19	冯飞，李书文，汪铁林，等.片状铋/钒酸铋复合催化剂的制备及其光催化性能［J］.无机盐工业，2021，53（1）：107-112.
	FENG Fei， LI Shuwen， WANG Tielin，et al.Synthesis and photocatalytic performance of sheet-like Bi/BiVO₄ composite cataly-st［J］.Inorganic Chemicals Industry，2021，53（1）：107-112.
20	ZHOU Hui， ZHONG Songtao， SHEN Ming，et al.Composite soft template-assisted construction of a flower-like β-Bi₂O₃/Bi₂O₂CO₃ heterojunction photocatalyst for the enhanced simulated sunlight photocatalytic degradation of tetracycline［J］.Ceramics International，2019，45（12）：15036-15047.

[1]	史王芳, 张永胜. 混凝土基非金属硼掺杂富氮氮化碳降解NO _x 性能研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(3): 116-123.
[2]	李子罕, 张佳琦, 李世卓, 李欣雨, 刘少卓, 王一豪, 郝玉翠, 刘剑, 李彦华. CdS/g-C₃N₄复合光催化剂的合成及催化机理研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(3): 124-132.
[3]	孙庆昊, 李克艳, 郭新闻. Pd/ZnIn₂S₄纳米片光催化苯甲醇氧化耦合产氢的研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(1): 113-119.
[4]	刘光明. C₃N₅/NH₂-MIL-125（Ti）改性混凝土砂浆光催化和力学性能研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(1): 120-128.
[5]	张飞刚, 刘中利. CuO/g-C₃N₄复合材料在有机染料降解和超级电容器中的应用研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(1): 129-136.
[6]	石萌轲, 范赵亚, 岳峰, 张硕, 孟阳, 张宏忠. 空气中CO₂电辅助式光催化高选择性转化的研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(9): 154-163.
[7]	孙延龙, 袁广胜, 王红军. 基于钯修饰的介孔TiO₂纳米棒高效光降解四环素的研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(9): 147-153.
[8]	张国强, 戎西林, 肖振芳, 薛自然, 程昊, 冯军, 刘泉, 陆瑶, 黄文艺. 甘蔗渣碳气凝胶负载纳米氧化锌的制备及其光催化性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(8): 131-138.
[9]	王雅雯, 王芳芳, 耿司宇, 鞠佳, 陈雷, 陈常东. SrTiO₃-SrWO₄的制备及其光催化性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(7): 143-149.
[10]	刘敏, 黄秀, 张理元. S型异质结光催化剂的研究进展[J]. 无机盐工业, 2024, 56(7): 18-27.
[11]	李江朋, 张慧斌. 三维多孔LaFeO₃/CeO₂/SrTiO₃光芬顿和光催化协同脱色亚甲基蓝[J]. 无机盐工业, 2024, 56(5): 141-148.
[12]	唐贝. ZnO/g-C₃N₄异质结光催化材料的制备及对吡啶的降解[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 133-142.
[13]	黄佳楠, 陆啸宇, 王觅堂. 钡镧共掺杂对TaON降解亚甲基蓝染料的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(2): 146-151.
[14]	崔向东, 刘思乐. g-C₃N₅纳米棒光电性能分析及对Cr（Ⅵ）和亚甲基蓝去除的研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(10): 159-168.
[15]	严钰, 周文元, 杨韵斐, 吴俊书, 王金淑, 孙领民. 硅酸铁钠光催化剂的表面调控及光还原除Cr（Ⅵ）性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(10): 141-150.

首页

全国无机盐信息中心

中国化工学会

无机酸碱盐专业委员会

蜂巢状LaVO₄/Bi₂O₃异质结光催化降解盐酸四环素的研究

Study on hnoneycomb-like LaVO₄/Bi₂O₃ heterojunction for photocatalytic degradation of tetracycline hydrochloride

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 10

参考文献 20

相关文章 15

Metrics

本文评价

推荐阅读 0

首 页