复合材料学报

作者：唐双, 张雪乔, 蒋莉萍, 钟晓娟, 肖利, 魏于凡,

关键词：煤矸石, BiVO₄, 光催化, 黄药, 可见光, 降解, 废水处理,

选矿废水中的黄药会严重危害环境，钒酸铋能在可见光条件下实现黄药的降解，但其严重的电子-空穴复合影响其实用性，鉴于煤矸石丰富的孔隙结构及成分组成，本文采用水热法合成了煤矸石负载型光催化剂(CG/BiVO₄)，运用XRD、FTIR、SEM、UV-Vis DRS、PL等手段对催化剂进行表征，以黄药为目标污染物，在可见光作用下考察黄药的光催化降解性能及煤矸石改性钒酸铋的作用机制。结果表明，与纯BiVO₄相比，负载型CG/BiVO₄的光催化性能显著提高，在煤矸石负载量20wt%，pH=7、催化剂投加量为1.5 g/L、黄药初始浓度<i>C</i>₀=10 mg/L的条件下，CG/BiVO₄在540 min时对黄药的降解率达到最大，为93%，黄药的光降解过程符合一级动力学模型，处理后化学需氧量浓度<i>C</i>_COD为11.47 mg/L，符合排放标准要求。响应面分析得到的最优反应条件下的预测值与实际降解率仅相差0.96%，可见该模型可较好地预测20%-CG/BiVO₄对黄药废水的降解率。结合各项表征分析可知，CG的负载可显著增加催化剂的比表面积，提高其对可见光的响应，改善光催化体系中电子和空穴的分离效率的同时降低光生电子-空穴对复合几率，这是复合光催化剂性能提高的重要原因；机制分析得知，黄药光降解的主要自由基为h⁺，?O₂^? 和?OH次之，黄药中的烷基、C=S在自由基作用下首先发生断裂，形成中间产物过黄药(ROCSSO^?)，随后矿化生成SO₄^2?等小分子，光反应7 h，S的转化率与黄药降解率接近，且循环5次，降解率不低于90%，可见该催化剂具有较好的光催化性能，这为煤矸石在光催化领域的资源化利用奠定了理论基础。

来源：2023年第12期

《复合材料学报》期刊编辑部

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