周玉凤, 周川巍, 胡桐泽, 段展鹏, 王颢潼, 石淑云

应用化学 2022, 39 (10): 1572-1578. DOI:10.19894/j.issn.1000-0518.220014

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采用化学沉积和焙烧结合方法制备Fe/V共掺杂立方晶型三氧化二锑（Sb₂O₃）复合材料。通过紫外可见分光光度计和红外光谱仪对合成复合材料进行谱学表征，通过X射线粉末衍射和光电子能谱对其存在形式和成分分析。以合成复合材料为光催化剂光催化降解模拟医药废水四环素（TC），并通过添加不同捕获剂初步分析光催化活性机理。实验结果表明，Fe和V元素成功掺杂Sb₂O₃体系中，经过硫酸处理焙烧制成的Fe/V共掺杂立方晶型Sb₂O₃复合材料对光的吸收由紫外区向可见光区扩展且吸收峰增强，其中H₂SO₄浸渍浓度为4 mol/L吸收峰最强。以此工艺条件下制备的复合材料为催化剂，在紫外光反应时间为180 min时对TC降解率可达99.3%，且具有较小的禁带宽度为2.15 eV，较大的光电流响应值0.79 mA和较小的交流阻抗内阻355 Ω。捕获实验和催化机理分析表明光催化产生的活性基团是羟基自由基起主导作用。

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。