Мяч

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8188 (2023) Цитировать эту статью

283 доступа

Подробности о метриках

Механохимическая шаровая мельница с последующим нагревом при 650 °С в течение 5 часов успешно позволила получить однофазный порошок Bi2VO5,5. Исследована каталитическая активность в отношении деградации красителя метиленового синего. Для подтверждения фазообразования использовали рамановскую спектроскопию и рентгеновскую дифракцию. Поведение переноса носителей заряда образцом было установлено с помощью анализа фототока, зависящего от времени. Эксперимент по пьезофотокатализу показал эффективность разложения 63% образца Bi2VO5.5, измельченного в шаровой мельнице. Выявлена ​​кинетика псевдопервого порядка деградации пьезофотокаталитического красителя и достигнуто значимое значение k 0,00529 мин-1. Тест на поглотитель показывает, что радикал h+ является преобладающей активной частицей во время эксперимента по пьезофотокатализу. Семена Vigna radiata использовали в тесте на фитотоксичность для оценки индекса всхожести. Метод механохимической активации облегчает реакции за счет снижения температуры и времени реакции. Влияние улучшенной пьезофотокаталитической эффективности на измельченный в шаровой мельнице порошок Bi2VO5.5 является неисследованной областью, и мы попытались ее исследовать. Здесь порошок Bi2VO5.5, измельченный в шаровой мельнице, позволил улучшить показатели разложения красителя.

В настоящее время быстрые темпы индустриализации подтолкнули человеческое общество к новой эре, когда сохранение окружающей среды является серьезной проблемой. Люди начали осознавать необходимость охраны окружающей среды, находя более эффективные способы устранения экологического ущерба1. К органическим загрязнителям, которые очень часто используются в пищевой, фармацевтической, полиграфической, красильной и других отраслях промышленности, относятся красители и антибиотики2. Органические красители являются важным компонентом промышленных сточных вод, поскольку текстильная промышленность сбрасывает их в больших количествах непосредственно в водные источники, создавая серьезные экологические риски, а также вредные для здоровья человека3. Органические загрязнители, являющиеся канцерогенными и ядовитыми, ухудшают здоровье водной среды, животных и человека4. Были проведены и опубликованы в литературе многочисленные исследования по созданию стандартных методов удаления загрязняющих веществ из промышленных сточных вод5,6. Традиционные методы очистки воды, такие как коагуляция, адсорбция, ультрафильтрация и микробиологическое разложение, до недавнего времени были нормой для очистки сточных вод7. Однако у этих методов есть недостаток: низкая эффективность удаления вторичных загрязнителей, требующих дальнейшей очистки, а также трудности в удалении загрязняющих веществ с низкими концентрациями7,8. Поэтому стало жизненно важно создать эффективные и экологически приемлемые процессы разрушения этих органических загрязнителей.

В настоящее время для очистки сточных вод текстильной промышленности используются многочисленные физические, химические и биологические процессы9. Проверенными и доступными технологиями являются фотокатализ и пьезокатализ10,11. Они считаются «зеленой» альтернативой, поскольку могут быть экологически безопасными и с высокой эффективностью устранять органические загрязнения из водных растворов4,12. В фотокатализе полупроводников необходимо усовершенствование фотокатализаторов, чтобы повысить их способность поглощать свет и облегчить разделение различных носителей заряда13,14. Полупроводниковые фотокатализаторы продемонстрировали замечательный потенциал в фотокатализе благодаря своей уникальной зонной структуре, подвижности и превосходному разделению фотогенерированных носителей заряда15. Преимущества фотокатализа включают способность окислять токсины при комнатной температуре в низких концентрациях, уменьшение количества вторичных загрязнителей, низкую стоимость и нетоксичность, что делает его пригодным для разложения загрязняющих веществ16,17. Анатаз TiO2 в настоящее время является наиболее предпочтительным фотокатализатором из-за его более высокой окислительной способности, более низкой цены и превосходной химической стабильности18,19. Из-за широкой запрещенной зоны (3,20 эВ) и относительно небольшой продолжительности жизни фотоиндуцированных носителей TiO2 имеет низкую квантовую эффективность, поскольку он может поглощать только УФ-часть солнечных лучей1,18. Поэтому крайне важно создать эффективный фотокатализатор, активный в видимом свете. Помимо фотокатализа, пьезокатализ, индуцированный ультразвуковой вибрацией, также может использоваться отдельно или в комбинации для очистки сточных вод20,21. Велись огромные поиски по созданию новых фотокатализаторов, которые более эффективно реагируют на видимый свет. Полупроводники на основе Bi привлекли значительное внимание благодаря своим новым характеристикам и легкой доступности сырья7,22. При наличии гибридизованных валентных зон Bi(6s) и O(2p) многие оксиды, содержащие Bi3+, обладают фотокаталитическими свойствами23. Сообщалось, что в качестве новых фотокаталитических материалов используются вещества на основе висмута, такие как BiVO4, Bi2WO6, Bi2MoO6, CaBi2O4, BiNbO4 и Bi2VO5.51,24,25,26,27. Оксиды на основе висмута, такие как ванадат висмута, обладают впечатляющими характеристиками, такими как коррозионная стойкость, нетоксичность, сегнетоэластичность и ионная проводимость28,29. В отличие от большинства сегнетоэлектрических материалов, ванадат висмута (Bi2VO5.5, (BV)) одновременно демонстрирует высокую ионную подвижность и полярные отклики — два свойства, которые обычно несовместимы30,31. Для него существует множество применений, включая катализаторы, твердые электролиты, газовые датчики и материалы положительных электродов для литиевых аккумуляторных батарей32,33,34. Bi2VO5.5 можно получить с помощью нескольких методов, включая золь-гель, соосаждение, твердофазную реакцию и микроволновое излучение33,35,36. Пьезоотзывчивое поведение является результатом нецентросимметричной орторомбической структуры BV37,38. Материал претерпел спонтанную поляризацию из-за дискретной стабильной поляризации, вызванной нецентросимметричной элементарной ячейкой39. Возникающая в результате поверхностная поляризация приводит к изгибу зон и областям пространственного заряда39. Стандартная формула Bi2VO5.5: (Bi2O2)2+ (An−1BnO3n+1)2−, где B — шести-, четырех- и пятивалентные ионы, n — количество блоков перовскита, зажатых между слоями Bi2O2, и A для ди-, трех- и одновалентных ионов40,41. БВ имеет слоистую структуру, как и BiVO442. Благодаря своей малой запрещенной зоне BV используется в широком диапазоне поглощения видимого света42. Традиционный метод синтеза керамики требует высокой температуры и большего времени реакции43. Метод механохимической активации облегчает реакции за счет снижения температуры и времени реакции без изменения стехиометрии43. Его эффективно использовали для ускорения образования соединений и фазовых переходов, а также для улучшения физико-химических свойств новых материалов43,44. Кроме того, решающим компонентом является площадь поверхности катализатора. Широкая площадь поверхности наночастиц катализатора позволяет адсорбировать молекулы красителя, достаточные для захвата фотонов и образования электрон-дырочных пар, что может улучшить фотокаталитическую активность45,46. Сообщается, что материал с мелкими частицами производится с помощью процессов золь-гель, совместного осаждения, микроволновой обработки и механохимической шаровой мельницы (МБМ)33,47. Благодаря большой площади поверхности частицы небольшого размера способствуют повышению каталитической эффективности45. Се и др.48 успешно разложили метиленовый синий (МБ) с помощью наночастиц Au, нанесенных на Bi2VO5.5, с эффективностью 85,2%. Цзяньминь Ван и др. использовали наноструктуру BiVO4/Bi2VO5.5 для разложения метиленового оранжевого (МО) на 95% в присутствии видимого света42. Композитные пленки Bi2VO5.5/Bi2O3 использовали Xie et al. для достижения эффективности разложения красителя MB 89,97% под воздействием искусственного солнечного света 1.