研究目的
利用BiVO4/BiOI光阳极通过光电催化过程在可见光照射下降解新兴药物污染物(对乙酰氨基酚和环丙沙星)以实现水处理研究。
研究成果
通过电沉积法成功制备了FTO/BiVO4/BiOI p-n异质结光阳极,在可见光下展现出增强的光电催化活性。该电极在1.5 V偏压下2小时内对对乙酰氨基酚(68%)、环丙沙星(62%)和橙黄II染料(85%)实现了显著降解效率,具有改善的电荷分离和降低的复合率。该电极经过三次重复使用仍保持稳定性,且能有效降解污染物混合物,表明其在处理含药物污染物的实际废水处理应用中具有潜力。
研究不足
该研究聚焦于特定模型污染物(对乙酰氨基酚、环丙沙星、橙黄II染料),可能无法推广至所有有机污染物。电沉积方法及条件(如pH值、电位)可能需要针对不同基底或规模进行优化。采用模拟阳光(氙灯)可能无法完全复现自然太阳光照条件。对于超过三个循环的长期稳定性和可重复使用性未进行广泛测试。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用结合电解与光催化的光电化学(PEC)工艺,通过两步电沉积技术在FTO玻璃上制备BiVO4/BiOI异质结光阳极。表征方法包括XRD、SEM、EDS、UV-DRS、线性扫描伏安法、光电流响应、电化学阻抗谱及Mott-Schottky分析。在可见光照射及外加偏压条件下进行PEC降解实验。
2:样品选择与数据来源:
模型污染物包括对乙酰氨基酚、环丙沙星和橙黄II染料(均配制成0.1 M Na2SO4溶液中的10 mg/L浓度)。另使用对乙酰氨基酚与环丙沙星的合成制药废水混合液。数据采集自紫外-可见分光光度计及总有机碳(TOC)分析。
3:1 M Na2SO4溶液中的10 mg/L浓度)。另使用对乙酰氨基酚与环丙沙星的合成制药废水混合液。数据采集自紫外-可见分光光度计及总有机碳(TOC)分析。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:FTO玻璃(50 mm×13 mm×3 mm,表面电阻率~8 Ω/平方)、Bi(NO3)3·5H2O、KI、对苯醌、乙酰丙酮氧钒、DMSO、NaOH、Na2SO4、KCl、[Fe(CN)6]3-/4-、铂丝/铂箔、Ag/AgCl(3.0 M KCl)电极、Autolab 302 N恒电位仪/恒电流仪、配备100 W氙灯的太阳光模拟器、X射线衍射仪(Rigaku Ultima IV)、扫描电镜(TESCAN Vega 3)、紫外-可见分光光度计、TOC分析仪(Teledyne Tekmar TOC fusion)。
4:2O、KI、对苯醌、乙酰丙酮氧钒、DMSO、NaOH、Na2SOKCl、[Fe(CN)6]3-/4-、铂丝/铂箔、Ag/AgCl(0 M KCl)电极、Autolab 302 N恒电位仪/恒电流仪、配备100 W氙灯的太阳光模拟器、X射线衍射仪(Rigaku Ultima IV)、扫描电镜(TESCAN Vega 3)、紫外-可见分光光度计、TOC分析仪(Teledyne Tekmar TOC fusion)。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:在-0.13 V下电沉积BiOI 300秒,随后滴涂乙酰丙酮氧钒并420°C加热形成BiVO4,再于BiVO4/FTO上电沉积BiOI构建BiVO4/BiOI。对电极进行结构与光学表征。在三电极体系中进行PEC降解(制备电极为工作电极,铂为对电极,Ag/AgCl为参比电极),于可见光及不同偏压下操作。定时取样进行浓度与TOC分析。
5:13 V下电沉积BiOI 300秒,随后滴涂乙酰丙酮氧钒并420°C加热形成BiVO4,再于BiVO4/FTO上电沉积BiOI构建BiVO4/BiOI。对电极进行结构与光学表征。在三电极体系中进行PEC降解(制备电极为工作电极,铂为对电极,Ag/AgCl为参比电极),于可见光及不同偏压下操作。定时取样进行浓度与TOC分析。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:XRD图谱与JCPDS标准卡比对,带隙能通过Tauc图计算,光电流、阻抗及Mott-Schottky数据用于确定载流子密度与平带电位。降解动力学拟合准一级模型,去除效率由紫外-可见与TOC数据计算得出。
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FTO glass
50 mm x 13 mm x 3 mm, surface resistivity ~8 Ω/sq
Used as the substrate for electrodeposition of BiVO4 and BiOI to form the photoanode.
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X-ray diffractometer
Ultima IV
Rigaku
Used to determine the crystallinity, particle size, and purity of the prepared photoanodes via XRD analysis.
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Scanning electron microscope
Vega 3
TESCAN
Used for surface morphological studies and elemental composition analysis via SEM and EDS.
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Potentiostat/galvanostat
302 N
Autolab
Used for all electrochemical measurements including linear sweep voltammetry, photocurrent response, and electrochemical impedance spectroscopy.
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Solar simulator
Equipped with a 100 W xenon lamp, used as the visible light source for photoelectrochemical experiments.
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TOC analyser
TOC fusion
Teledyne Tekmar
Used to measure total organic carbon (TOC) for mineralization studies during degradation experiments.
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Ag/AgCl electrode
3.0 M KCl
Used as the reference electrode in the three-electrode system for electrochemical and photoelectrochemical measurements.
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Platinum wire/foil
Used as the counter electrode in the three-electrode system for electrodeposition and electrochemical measurements.
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UV-Vis spectrophotometer
Used to monitor concentration decay and degradation patterns of pollutants by measuring absorbance at specific wavelengths.
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