基于磁性Fe₃O₄修飾的Bi2WO6復合光催化劑應用于降解水體中的四環素的研究

于洋　李秀梅　黃艷菊　鄭艷萍

摘 要：為了實現資源的合理利用并獲得有效的可見光響應型光催化劑，首次合成了Fe3O4/Bi2WO6，并在可見光下表現出優異的四環素（TC）降解活性。Fe3O4/Bi2WO6的優異光催化性能是由于光催化劑的異質結可以有效地促進電子--空穴對的分離。這項工作為設計一種高穩定性和強可見光響應光催化劑提供新的思路。

關鍵詞：Bi2WO6;磁性材料;異質結

1 前言

環境污染和能源短缺是近十年來世界上的兩大熱點問題。有機污染物和有毒污染物對人體健康有害，阻礙可持續健康發展，特別是由于醫藥行業快速發展和現代醫療技術的迅速發展而導致的特殊抗菌藥物污染現已成為公共衛生機構的重大危機[1，2]。光催化技術作為降解各種抗生素污染物的最有前途的解決方案之一。自1999年Kudo等首次報道了鎢酸鉍（Bi2WO6）在Bi2WO6由于其窄帶隙（約2.7eV）可被可見光激發，在可見光下具有較高的光催化活性。因此，Bi2WO6作為一種新型的光催化材料受到越來越多的關注[3]，如近期的研究結果表明，Bi2WO6在可見光下能有效降解氯仿和乙醛，可有效降解染料廢水。因此，Bi2WO6

光催化材料的研究將為光催化去除和降解有機污染物開辟一條新的途徑，在環境凈化和新能源開發中具有十分重要的實用價值[4-6]。磁性材料Fe3O4因其制備方法簡單，低成本已被應用于環境污染物的治理，已成為國內外研究者關注的焦點。將其應用于廢水處理系統，將對復合光催化劑的回收二次甚至是多次再利用起到了極大地促進作用。

2 實驗步驟

2.1 Bi2WO6的制備

將1mmol的Bi（NO3）3·5H2O溶解在冰醋酸中，磁力攪拌

30min使其完全溶解，再將2mmol的Na2WO4·2H2O溶解在

去離子水中，并磁力攪拌30min使其完全溶解;再將二者溶液轉移到不銹鋼聚四氟乙烯反應釜中，反應釜在180℃條件下加熱25h，自然冷卻到室溫后，用去離子水和乙醇洗滌產物，通過離心分離沉淀物，將沉淀物置于真空烘箱中60℃干燥24h備用，將其標記為Bi2WO6。

2.2 Fe3O4的制備

將FeCl3·6H2O和無水CH3COONa完全溶解于乙二醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇，超聲使其分散均勻，將其置于聚四氟乙烯反應釜中加熱，固體產物用磁鐵磁選分離，分別用去離子水和乙醇洗滌三次，除去雜質，放入干燥箱干燥，得到Fe3O4。

2.3 Fe3O4/Bi2WO6的制備

將一定量的Bi2WO6加入到一定量的Fe3O4溶液中;水浴加熱反應;得到的產物進行干燥。

3 結果與討論

圖1所示為Bi2WO6、Fe3O4以及Fe3O4/Bi2WO6復合材料的X射線衍射圖，從圖中可以看出純的Bi2WO6特征衍射峰對于純Bi2WO6，不同的衍射峰位于28.5°、31.8°、47.1°、56°和58.5°處，對應于（131），（200），（202），（133）和（262）晶面Bi2WO6，這與所報道的數據（JCPDS卡33-0256）標準卡片吻合得很好[4]。強而尖的衍射峰表明純Bi2WO6具有較高的結晶度。此外，對于Fe3O4樣品的XRD特征衍射峰，可以發現Fe3O4的特征峰在2θ=30.2°，35.5°，43.2°，53.4°，57.3°和62.6°。在Fe3O4/Bi2WO6中可以觀察到Bi2WO6及其Fe3O4的特征衍射峰，其表明已成功地制備Fe3O4/Bi2WO6。

圖2為樣品的拉曼光譜圖。Bi2WO6樣品在711cm-1處顯示了顯著的拉曼特征峰，對應于與鎢酸鹽鏈相關的反對稱橋聯模式的拉伸振動。在308cm-1位置處對應于Bi和WO4的平移運動模式。在圖2中可以看到Fe3O4/Bi2WO6復合材料的特征峰，通過拉曼光譜圖可以證明，成功制備復合材料Fe3O4/Bi2WO6。

Bi2WO6、Fe3O4和Fe3O4/Bi2WO6復合材料的UV-Vis-DRS

光譜如圖3所示。發現Bi2WO6的吸收邊在450nm左右，說明它對可見光的響應很小。Fe3O4/Bi2WO6的光響應范圍略高于純Bi2WO6，但不明顯。由于Fe3O4的黑色特性，對光的吸收很強，因此Fe3O4/Bi2WO6復合材料在可見光區有明顯的增強作用。它對提高復合材料的光催化性能具有重要作用。

通過圖中可以看出復合Fe3O4/Bi2WO6光催化劑在90min

內降解效果可以達到80%。相比較于純的Bi2WO6材料降解效果可以提升5倍左右，說明異質結結構促進了光催化效果的提升，并且負載磁性Fe3O4有利于催化劑的回收以及在次使用。

Fe3O4/Bi2WO6的使用不同光催化劑光催化降解TC溶液

4 結論

通過水熱法制備復合光催化劑，通過一系列表征分析，

所制備的復合光催化劑對可見光有良好的響應能力，在90min內對四環素的降解效率可以達到80%，復合磁性材料不僅提高了催化劑的二次回收效率，同時，催化劑對可見光的響應也得到了改善。

參考文獻：

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課題名稱：基于抗生素類廢水高效去除光催化納米反應器的設計及其催化性能研究 編號：202001ND，單位：通化師范學院。