铋基复合氧化物@MOFs新型微纳米反应器的组装及光催化降解废水中酚类内分泌干扰物的性能和机理研究

This proposal is driven from the national great strategic demand of water pollution control and the key issue of nanocatalysis technology. Yolk-Shell bismuth-containing heterometallic oxides@metal-organic frameworks micro-nano reactors (MNRs) for degradation of phenols endocrine disruptors (PEDs) in wastewater are designed and prepared through hydrothermal (solvothermal) and microwave method etc. This project will study the chemical composition, microstructure of MNRs and pH value of reaction system, and their influences to the degree and efficiency of adsorption and photocatalytic degradation for PEDs. The controllable preparation of MNRs will be realized. The adsorption behavior, photocatalytic thermodynamics and kinetics laws, photocatalytic degradation mechanism of MNRs will be investigated. The relationship between structure, adsorption and photocatalytic degradation of MNRs will be explored. Meanwhile, the photodegradation model of PEDs will be built. In addition, our project will provide valuable theoretical and experimental basis for constructing environmental friendly, stable and recyclable bismuth-containing heterostructure based photocatalytic MNRs with high efficiency in visible range.

本课题从水污染控制国家重大需求和纳米催化技术的关键问题出发，以可降解废水中酚类内分泌干扰物（PEDs）的光催化剂为研究对象，利用水(溶剂)热、微波等方法，制备系列Yolk-Shell构型的新型铋基复合氧化物@MOFs微纳米反应器（MNRs）。探讨MNRs的化学组成、微观结构及处理体系的pH值等因素对PEDs的吸附、光催化降解的程度及效率的调控规律，实现MNRs的可控制备；研究MNRs对PEDs吸附和光解过程的热力学、动力学规律和降解机制，阐明MNRs的结构与吸附及光催化降解PEDs的构效关系，建立其降解PEDs的光解模型。该项目的研制成功将对获得可降解废水中PEDs的新型绿色、高效、性能稳定、可回收利用、对可见光响应的铋系异质结结构的光催化MNRs的构筑提供有价值的理论和实验基础。

环境污染是现代世界可持续发展面临的主要问题之一。光催化因具有绿色环保、催化剂可循环利用、不造成二次污染和能源的浪费等优势成为一种有效且环境友好的技术，为解决一些可持续性问题提供了方案。作为新型无毒、稳定及对可见光具有较强吸收的光催化剂，新型铋基复合氧化物@MOFs微纳米反应器（MNRs）逐渐引起人们的关注。我们将BiOI、BiVO4与MOFs复合，充分发挥各自的优势，制备具有可见光响应、绿色、可回收的降解废水中酚类内分泌干扰物（PEDs）的新型MNRs，为进一步从事可降解废水中PEDs的的铋系异质结结构的光催化MNRs的构筑提供有价值的理论和实验基础。内容如下:.1)利用溶剂热法制备不同的比例的BiOI/NH2-MIL-125(Ti)光催化MNRs。该光催化MNRs可实现在可见光下降解RhB和LED灯下降解对氯苯酚(P-CP)，且催化性能明显优于BiOI和NH2-MIL-125(Ti)材料，其中BiOI/NH2-MIL-125(Ti)-9wt%表现出最好的光催化活性。光电化学分析表明，BiOI与NH2-MIL-125(Ti)复合使得电子和空穴在两个物质之间转移更有利于光生电子的分离，延迟了光生载流子的复合，从而提升了光催化性能，通过循环实验表明BiOI/NH2-MIL-125(Ti)具有良好的稳定性和可重复利用性。通过自由基捕获实验和电子自旋共振(ESR)结果，获悉h+为主要活性物种并得出降解机理。.2)采用溶剂热法分别制备BiVO4和NH2-MIL-53(Fe)，然后构筑了不同的比例的BiVO4/NH2-MIL-53(Fe)光催化MNRs。在LED灯照射下，BiVO4/NH2-MIL-53(Fe)对亚甲基蓝(MB)和盐酸四环素(CIP)展现出高效的光催化活性，结果表明BiVO4/NH2-MIL-53(Fe)的光催化活性明显优于BiVO4和NH2-MIL-53(Fe)，且BiVO4/NH2-MIL-53(Fe)-30wt%的降解性能最佳。此外通过捕获实验和ESR结果，获悉·OH、·O2-、h+均为主要活性物种并得出光催化降解机理。.3)制备以2-(2-羧基苯基)咪唑并[4,5-f][1,10]邻菲啰啉(2-HNCP)为主配体，羧酸配体为辅助配体，制备5种MOFs。在可见光条件下，研究了MOFs1-5对有机染料的光催化性能，其中MOFs3 对MB具有良好的降解效果。