TiO2–BN電紡納米纖維的光催化性能及其在藥物降解與廢水處理中的應用

DOI: 10.1039/c9pp00304e

氮化硼（BN）納米片是一種很有前途的催化劑載體材料。合成了一系列TiO₂-BN電紡納米纖維，用于可見光下光催化處理布洛芬及二級廢水。X射線光電子能譜揭示了BN納米片與TiO₂納米粉體之間存在B-O-Ti鍵，從而導致了能量重排，帶隙變窄，并提高了TiO₂-BN納米復合材料在可見光譜中的光利用效率。瞬態光電流測量表明，BN增強了光生空穴從塊狀TiO₂納米纖維到其表面的傳輸，從而提高了分離效率，減少了載流子的復合。布洛芬降解動力學研究表明，納米復合材料中BN含量越高，TiO₂-BN催化劑的光催化性能越好。TiO₂-10％BN催化劑的動力學速率常數是純TiO₂納米纖維的10倍。廢水中有機污染物的降解與布洛芬的降解趨勢一致，并隨著BN含量的增加而改善。通過對廢水的多次循環處理，證明了TiO₂-BN納米復合材料作為高效太陽能光催化劑的穩定性。結果表明，在可見光下，TiO₂-BN是一種極好的光催化劑。

圖1 BN、TiO₂和TB4的ATR-FTIR光譜。BN：氮化硼；TB4：TiO₂-10 wt％BN。

圖2（a）TB4（TiO₂-10 wt％BN）和（b）TiO₂的透射電鏡圖像。

圖3 BN、TiO₂和TB4的（a）B 1s，（b）O 1s和（c）Ti 2p區域的XPS光譜。BN：氮化硼；TB4：TiO₂-10 wt％BN。

圖4 TiO₂和TiO₂-BN納米復合材料轉化的Kubelka-Munk函數(F(R)?E)²與能量的關系圖。TB1：TiO₂-1wt％BN；TB2：TiO₂-3wt％BN；TB3：TiO₂-5wt％BN；TB4：TiO₂-10wt％BN。

圖5制備的純TiO₂和TB4（TiO₂-10wt％BN）暴露在可見光下的光電流譜。相對于Ag/AgCl，施加的電位為0V。“打開”和“關閉”表示分別打開和關閉可見光。

圖6在可見光下合成的光催化劑上布洛芬降解的光催化動力學。誤差條代表重復實驗的標準偏差。TB1：TiO₂-1wt％BN；TB2：TiO₂-3wt％BN；TB3：TiO₂-5wt％BN；TB4：TiO₂-10wt％BN。

圖7就DOC濃度、FEEM總峰體積和SUVA值的降低而言，在可見光照射2小時后，用不同的催化劑對廢水進行光催化處理。誤差條表示重復實驗的標準偏差。TB1：TiO₂-1wt％BN；TB2：TiO₂-3wt％BN；TB3：TiO₂-5wt％BN；TB4：TiO₂-10wt％BN。

圖8不同光催化劑處理廢水2小時后的FEEM光譜。注：I區對應芳香蛋白，II區對應黃腐酸類化合物，III區對應可溶性微生物副產物類物質，IV區對應腐殖酸類有機物。TB1：TiO₂-1 wt％BN；TB2：TiO₂-3 wt％BN；TB3：TiO₂-5 wt％BN；TB4：TiO₂-10 wt％BN。

圖9就不同的FEEM峰體積而言，在可見光照射2小時后，用不同的催化劑對廢水進行光催化處理。TB1：TiO₂-1 wt％BN；TB2：TiO₂-3 wt％BN；TB3：TiO₂-5 wt％BN；TB4：TiO₂-10 wt％BN。

圖10就DOC、FEEM總峰體積和SUVA而言，在可見光下的重復和再生循環中，用TB4（TiO₂-10 wt％BN）對廢水進行光催化處理。誤差條代表重復實驗的標準偏差。