卵黄壳结构类Fenton光催化剂Fe3O4@void@TiO2有效消除四环素的研究外文翻译资料

 2022-08-03 16:07:38

英语原文共 9 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

催化应用B：环境

卵黄壳结构类Fenton光催化剂Fe3O4@void@TiO2有效消除四环素的研究

Dan Du, Wen Shi, Lingzhi Wanglowast;, Jinlong Zhanglowast;

华东理工大学化学与分子工程学院高级材料与精细化学品研究所重点实验室，上海，200237，PR中国

摘要：

在此，我们证明了卵黄壳结构的Fe3O4@void@TiO2是一种有效用于四环素(TC)的光Fenton样降解的多相催化剂。 首先通过溶胶-凝胶法制备了Fe3O4核周围的非晶态SiO2和TiO2壳，形成Fe3O4@SiO2@TiO2，然后通过煅烧和超声氨蚀处理分别结晶TiO2和去除SiO2，合成了该复合材料。粒子是单分散的，大小均匀(ca.180nm)，其中核心直径为ca.100nm，壳层厚度为ca.10纳米。该复合材料具有高结晶度的锐钛矿型TiO2壳层，超顺磁芯，饱和磁化强度值为28.71emu/g，高比表面积为101m2gminus;1。在较宽的pH范围内，它对TC(40mg/L)的降解表现出极高的活性，如在pH=3时，几乎是100%的消除效率。在pH=9时为75%。此外，利用铁心的超顺磁性，该复合材料可以在TC降解过程中进行磁回收和再应用，而不会在之后造成明显的活性损失(ca.10%) 用伪一阶模型可以很好地拟合降解曲线，其中动力学常数为0.51minminus;1，远高于Fe3O4@TiO2(0.24min-1）、TiO2(0.17min-1)、Fe3O4@SiO2@TiO2(0.14minminus;1)和Fe3O4(0.11minminus;1)。高活性归因于反应物(TC和羟基自由基)在卵黄壳结构纳米腔中的有效富集和限制，以及TiO2壳层的光生电子将Fe3 有效还原到Fe2 。

1.介绍

芬顿和光芬顿反应作为一种典型的高级氧化过程(AOP)，利用Fe2 和H2O2产生极高氧化电位与羟基(OH)，特别用于消除生物毒性或不可降解的有机物，如农药、医药、废水和污染土壤中的挥发性有机化合物和石油。在药物废水处理[1,2]的背景下，从制造工厂和医院有效去除抗生素已成为一个世界性的问题。其成分多样，浓度范围广泛，动物代谢困难，最终进入废水系统，并在土壤、地表水、地下水、沿海环境甚至饮用水[3,4]中被广泛检测到。

因此，Fenton技术适用于在大的pH范围去除抗生素，这在过去十年[5]已成为一个重要的主题。TC是世界上应用最广泛的抗生素之一，很难在动物体内代谢。以铁离子和过氧化氢为基础的均相Fenton体系被证明是降解TC[6]的有效技术。芬顿基AOP在废水处理中的局限性主要是对pH范围的要求和产生污泥[7,8]的问题。非均相Fenton反应利用可回收催化剂解决了经典Fenton反应中的污泥处置问题，并可在中性pH范围[9,10]中进行，已被应用于从被污染的水资源污染物[5,11]中去除TC。然而，由于降解速率的降低和H2O2的消耗仍然很大，提高非均相Fenton的氧化效率仍然需要通过催化剂的设计和改性来实现，目前引起了广泛的关注。非均相Fenton反应的低氧化效率可能是由于OH的氧化电位降低所致。此外，在高pH时，固体Fe3 比在低pH[12,13]时Fe3 溶液的还原速率慢得多。因此，非均相Fenton催化剂的催化活性主要取决于其电子转移能力。 最近，一些由Fe基化合物和其他半导体组成的二元配合物以核壳或负载的形式被证明可以有效改善光-Fenton活性，主要是由于半导体产生的光诱导电子可持续地将Fe3 还原到Fe2 [14-16]。

作为一种新型的复杂纳米结构，具有典型核@空@壳结构的卵黄壳结构材料受到了广泛的关注[17,18]。由于活动芯、间隙空心空间和多功能壳的吸引力结构，在现代科学技术中发挥着重要作用，成为有限催化[19-21]、锂离子电池[22,23]、药物传递[24-26]和传感器[27]等巨大应用的潜在候选材料[19-21]。特别是这种纳米结构显示了作为几种重要反应纳米反应器的应用前景，因为它的渗透壳可以保护核心免受聚集，同时允许小活性分子在内部微环境中和外部扩散。据我们所知，到目前为止还没有任何研究成功地设计了具有两种半导体的卵黄壳纳米结构，用于非均相光芬顿反应。

近年来，TiO2与氧化铁被报道具有较好的耦合反应，并表现出较高的光催化效率[28,29]。在本工作中，我们成功地合成了由可移动的超顺磁性Fe3O4核(ca.100nm)和锐钛矿型TiO2壳(ca.10nm）组成的卵黄壳结构Fe3O4@void@TiO2NPs。它作为一种催化剂模型，被应用于TC的光Fenton样降解。系统地评价了各种操作参数，包括抗生素污染物浓度和过氧化氢浓度、pH值以及催化剂的可用性对TC降解效率的影响。Fe3O4@void@TiO2在其工作pH范围3-9上获得了非常高和稳定的催化活性。在Fe3O4、Fe3O4@TiO2、Fe3O4@TiO2、Fe3O4@SiO2和中空TiO2上进行的各种受控的光Fenton样实验表明，TC和光诱导的·OH在纳米腔中的富集和限制以及TiO2与Fe2 之间的有效循环是导致Fe2 和Fe3O4之间活性良好的原因。

2.实验

2.1 化学药剂

六水氯化铁（FeCl3·H2O）、乙酸钠(NAAC)、柠檬酸三钠、乙二醇、正硅酸四乙酯(TEOS)、乙醇、过氧化氢（过氧化氢）、叔丁手氧(TBOT)、氨水溶液(NH3·H2O，28W%)，叔丁醇(TBA)，硝酸银(AgNO3)，对苯醌

(BQ)、草酸铵(AO)，从阿拉丁中获得盐酸四环素(TC)。所有化学品均属分析级，未经进一步净化而使用。

2.2不同NPs的制备

磁铁矿Fe3O4NPs的合成。根据先前报道的方法合成了水分散的Fe3O4NPs[30]。简单地说，用机械搅拌将FeCl3·6H2O(4.30g)、柠檬酸三钠(2.35g)和乙酸钠(NaAc，8.75g)溶于乙二醇(150mL）。然后，将得到的黄色溶液转移并密封到四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中。在200◦C下将高压釜加热10h，然后冷却到室温。黑色的磁棒用去离子水和乙醇分别洗涤三次。

合成磁铁矿Fe3O4@SiO2纳米颗粒。[31]采用通用溶胶-凝胶法制备芯壳Fe3O4@SiO2：将Fe3O4磁铁矿颗粒（50mg）加入含纯乙醇（200mm）、去离子水（50mL）和浓氨溶液（3.5mL、28wt%）的圆瓶15分钟，然后搅拌1h，10分钟后滴加0.3mLTEOS。然后在室温下将混合溶液搅拌10h。将所产生的芯壳Fe3O4@SiO2不良产物用磁体分离和收集，然后分别用去离子水和乙醇洗涤三次。

合成Fe3O4@SiO2@TiO2纳米颗粒。基于TBOT[32]的水解和缩合，合成了核壳Fe3O4@SiO2@TiO2NPs。将上述得到的Fe3O4@SiO2NPs(0.15g)分散在乙醇(200mL)中，在超声作用下与浓氨溶液(0.9mL，28wt%)混合15min。5min后滴加2.0mL的TBOT，在机械搅拌下，在45◦C下反应24h。所得产物用磁铁分离和收集，然后用去离子水和乙醇分别洗涤3次。将Fe3O4@SiO2@TiO2NPs在450◦C的N2气氛中煅烧2h，使非晶态TiO2结晶。在氨溶液(0.1M)中温和超声处理1h，合成卵黄壳结构Fe3O4@void@TiO2，用磁铁分离和收集最终产物。 然后用真空烘箱中在60◦C下彻底清洗和干燥样品。

合成Fe3O4@TiO2和空心TiO2纳米颗粒。Fe3O4@TiO2网络的准备程序与Fe3O4@SiO2@TiO2相似。Fe3O4@TiO2可以涂覆TiO2，随后进行进一步的煅烧。对于空心TiO2节点，采用经典的Stober法[33]合成的直径为sim;150nm的二氧化硅节点作为模板。涂覆二氧化钛壳后，采用蚀刻法生成中空的TiO2纳米颗粒。

2.3催化活性试验

紫外照射下，在水溶液中TC光降解对催化剂进行催化，所有催化反应均在石英管中不断搅拌进行，通常在40mL水溶液中加入10mgFe3O4@空隙@TiO2。无过氧化氢的悬浮液在黑暗中搅拌30分钟，使催化剂和TC之间达到吸附解吸平衡。在溶液中加入一定量的过氧化氢，由300W氙灯全谱（200-1000nm）激发，TC溶液中心氙灯光强为345mWminus;2，残余TC的浓度通过紫外-可见光谱法测定357nm上清液的吸光度获得。

2.4表征

用JEOLJEM2010F电子显微镜仪器在200K V下进行TEM图像。用RigakuD/max2550VB/PC仪获得了X射线粉末衍射(XRD)图谱。用MicromeriticsASAP2020仪器测量了Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积和孔径分布。 用岛津2450分光光度计测量紫外/可见吸收光谱。采用电子自旋共振(ESR)技术(DMPO)在BrukerEMX-8/2.7光谱仪上检测光Fenton样体系上的自由基。采用300W氙灯对系统进行辐照和立即与DMPO混合。用振动样品磁强计(VSM，湖岸7407)在室温下测量磁滞回线。

方案1 卵黄壳结构Fe3O4@void@TiO2NPs形成过程示意图。

3.结果和讨论

3.1合成方法及表征

方案1描述了卵黄壳结构Fe3O4@void@TiO2NPs的合成。首先，在正硅酸乙酯(TEOS)(表示为Fe3O4@SiO2)的存在下，通过溶胶-凝胶法将预合成的磁性Fe3O4NPs包覆在非多孔二氧化硅层上。然后，采用进一步的溶胶-凝胶涂层工艺，以钛酸四丁酯(TBOT)为前驱体(Fe3O4@SiO2@TiO2)[32]在无孔二氧化硅层上沉积多孔TiO2壳层，然后在450◦C下N2气氛中煅烧。最后，采用超声辅助刻蚀方法在弱碱性介质中刻蚀非多孔二氧化硅层，得到Fe3O4@void@TiO2。 透射电子显微镜图像(TEM)显示，得到的Fe3O4NPs(图1a）。具有相当均匀的直径ca.120纳米。在第一次溶胶-凝胶过程后，磁铁矿微球被一层厚度为25nm(图1.1a)的二氧化硅层包覆。进一步的溶胶

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[265338]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章