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阳光照一照,废水变“肥水”

来源:科技日报2022-01-19 10:27

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  工业、农业、生活、食品加工等领域的废(污)水中含有较高浓度的持久性含氮有机污染物,其毒性大、难以生物降解,并易在生物体内富集,导致人和动物的癌变、畸变等。水环境中持久性含氮有机污染物的防治工作艰巨复杂,用传统方法很难处理。因此,如何高效、简便、环境友好治理持久性有机污染物成为全球前沿研究领域。

  近日,科技日报记者在山东农业大学采访时了解到,该校殷焕顺、王军教授团队联合攻关,制备的三元铋系光催化剂,使罗丹明B、日落黄和四环素这三种常见含氮污染物基本完全降解,并使其中的有机氮转为铵肥。目前该成果已刊登在国际知名期刊《应用催化B:环境》上。

  光催化技术作为复合高级氧化技术的一种,在光的照射下,光催化剂表面会产生氧化能力较强的自由基和活性氧,将有机污染物氧化分解,达到去除有机污染物的目的。光催化技术作为一种低能耗、环境友好的净化技术,20世纪六七十年代兴起,一直是国内外学术界研究的热点。目前,光催化剂降解转换效率低、对可见光利用较少等瓶颈难题,制约了光催化技术的研发及其在生产中的应用。

  殷焕顺和王军教授团队向记者表示,前人的研究表明,氯氧铋(BiOCl)/碳酸氧铋(Bi2O2CO3)复合纳米材料有较好的光催化活性,但在治理水环境中有机污染物方面的效率仍需要进一步提升。铋(Bi)系金属中有很多材料能在可见光条件下完成光催化,是理想的光催化剂。同时作为一种无毒的元素,铋的泄漏不存在环境污染问题。然而,单一光催化剂材料在治理水环境中有机污染物时,存在着光生电子—空穴重组率高的问题。

  为此,该团队创新性地通过一步水热法制备了Bi/BiOCl/Bi2O2CO3三元复合纳米材料,简化了材料制备过程,并以罗丹明B及日落黄和四环素这三种常见的水中有机污染物为目标降解物进行研究。

  他们的实验结果表明,Bi/BiOCl/Bi2O2CO3复合纳米材料能够快速降解罗丹明B,可见光照射12分钟条件下,1毫克/毫升的复合材料能够将20毫克/千克的罗丹明B降解掉99%,矿化率为91.46%(可见光照射24分钟),降解速率高达0.2694/分钟,相比单一的BiOCl、Bi2O2CO3材料,降解速率分别增加12.58倍和168.38倍。同时,铋在制备的复合纳米材料中稳定性较高,泄漏到环境中的浓度仅为0.8纳克/毫升。

  他们的研究也发现,由于罗丹明B分子结构中氮元素在光催化过程中生成铵根离子,在使用Bi/BiOCl/Bi2O2CO3复合纳米材料治理后得到的水具有一定肥力,使得原本明显抑制绿豆芽根发育的含罗丹明B废水,在被降解后反而促进绿豆芽根的伸长。

  他们还尝试用Bi/BiOCl/Bi2O2CO3复合纳米材料降解其他两种含氮有机污染物日落黄和四环素,结果表明,70分钟可见光照射下,污染物基本完全降解,矿化率分别能够达到85.53%和80.13%。日落黄和四环素分子结构中的有机氮也成功转化为铵根离子,使得降解的废水具有肥力。他们认为,该复合材料也具有广谱降解有机污染物的能力,具有较高的光催化降解能力。(记者王延斌通讯员郭翠华)

[ 责编:赵宇豪 ]
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