Fe/V-Sb ₂O ₃复合材料的构筑及光催化降解医药废水 应用化学    2022, 39 (10): 1572-1578.   DOI:10.19894/j.issn.1000-0518.220014

将Sb ₂O ₃及硫酸浸渍前后的复合材料进行傅里叶红外光谱表征以分析材料中含有的官能团，见图2。由图2可知，697和1125 cm-1处的吸收峰归于Sb—O的吸收峰。样品在1637和3471 cm-1处出现两个较强吸收峰，归属为O—H伸缩振动吸收峰。Fe和V掺杂后Sb—O键基本没有变化。但酸浸渍处理焙烧后Sb—O键1125 cm-1发生分裂，说明由原来斜方型Sb ₂O ₃晶态转变为立方晶型所致。随着浸渍酸浓度的增加Sb—O峰略有些位移且有所增强。对而O—H吸收峰位置没变，但是强度逐渐增强，说明随着酸浸渍浓度增加有利于Sb ₂O ₃表面OH－基团生成。

分别选取原始Sb ₂O ₃和酸浸渍前后复合材料进行固体紫外可见光表征以分析复合材料对光响应情况。由图3A可知，原始Sb ₂O ₃吸收峰只出现在230~265 nm范围内，而负载Fe和V后经过硫酸处理后的样品在紫外230~350 nm范围内有较强吸收峰。在可见光区（ λ>420 nm）也有明显吸收峰。同原始的Sb ₂O ₃紫外谱图比较，Fe、V掺杂后的复合材料紫外吸收峰强度有所增强，且峰向可见光区拓宽，而且经过酸处理后峰整体呈增强的趋势。根据Kubelka-Munk方程计算出几种复合材料的带隙能分别为2.15、2.21、2.37和2.48 eV，而未经处理的Sb ₂O ₃带隙能为2.64 eV（图3B），表明Fe和V掺杂并经过硫酸处理后复合材料各成分之间产生良好的协同作用，使得复合材料的禁带宽度变窄，吸收峰红移，提高对可见光的利用，这点通过光催化实验得到证实（图5）。

采用医药废水TC为底物考察优化复合材料光催化性能。在紫外光照射下随着光照时间增加，TC吸光度值逐渐减小。当光照时间达到180 min时几种复合材料（H ₂SO ₄浸渍浓度分别为0、2、4和6 mol/L）对废水TC降解率分别达到75.9%、82.6%、87.7%和97.3%，而纯Sb ₂O ₃对废水降解率仅为9.91%，如图6A和6B所示。通过实验数据进行拟合发现废水降解率基本满足一级动力学方程，其中反应速率常数分别为0.00113、0.00712、0.01766和0.00793 min-1，说明合成复合材料具有很好的光催化性能，随着浸渍硫酸浓度增加，复合材料催化性能呈现先升高后略降低的趋势；当酸浓度为4 mol/L硫酸时，复合材料催化性能最优。4 mol/L硫酸浸渍处理后的复合材料吸收峰最强及其带隙能最小，实验结果和紫外谱图中显示是一致的。原因是随着酸浸渍浓度增加有利于Sb ₂O ₃表面OH–基团生成，该基团能够与空穴 h+ 反应，产生羟基自由基·OH，从而降低电子-空穴的复合速率，有效提高了复合物的光催化性能。而当酸浓度太大导致处理时候材料发生团聚使得比表面积减小，催化性能减弱［20］。当将使用过的催化剂回收处理，重复使用4次后，同样条件下对TC催化效果依然可以保持在93.5%（图7），说明合成复合材料具有较好的催化稳定性。