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成果简介

天津工业大学Xiaoyan Yang、大连理工大学邱介山教授等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Cotton-derived 3D carbon fiber aerogel to in situ support Bi2O3 nanoparticles as a separation-free photocatalyst for antibiotic removal”的论文,研究提出利用棉花为原料制备三维(3D)Bi2O3负载碳纤维气凝胶(Bi2O3/CF)

煅烧温度对Bi物种的晶体组成和气凝胶的比表面积起着重要作用。当煅烧温度为800 ℃时,Bi2O3/CF产品表现出最高的四环素 (TC) 去除效率,包括大的吸附性和优异的光催化活性。此外,其3D多孔网络架构为溶液的自由流动和反应物和产物的快速扩散提供了多维开放框架。在流动系统中,3D Bi2O3 /CF气凝胶可以实现长时间连续稳定去除污染物,不需要任何分离操作。因此,3D Bi2O3 /CF气凝胶有望成为一种很有前途的功能材料,可大量去除工业废水中的有机污染物。

图文导读

图1。3D Bi2O3/CF气凝胶的合成过程示意图

图2。棉花的SEM图像

图3。(a, b) BCF-800不同放大倍数的SEM照片;(c) 70 mg BCF-800 站在狗尾草上的照片;(d) BCF-800 气凝胶的压缩和释放过程。

图4。(a) N 2吸附-解吸等温线和(b) 各种BCF- t气凝胶的孔径分布。插图显示了 0-20 nm 的放大直径范围。

图5。(a) 可见光照射下去除 TC 的连续流动装置示意图;(b) 动态系统中不同流速的 3D BCF-800气凝胶上随时间变化的 TC 去除率,以及 (c) 相应的 TC 去除效率。

图6。BCF-800 在各种清除剂存在下光催化降解 TC 的动力学图。

图7。可见光照射下3D Bi2O3 /CF气凝胶光催化降解TC的机理

小结

通过使用天然棉作为前体,设计了一种简单、绿色、可扩展的离子吸附和煅烧合成策略,用于原位制备 3D Bi2O3 /CF气凝胶。验证了煅烧温度对Bi物种的晶体组成和气凝胶材料的比表面积有很大影响。BCF-800在可见光照射下表现出对 TC 的高吸附能力和优异的光降解活性。此外,3D碳纤维交联网络提供了稳定灵活的开放框架和多维传质通道,推动了3D Bi2O3/CF气凝胶无需任何分离操作即可连续工作。在动态TC去除系统中,BCF-800气凝胶在各种流速下保持稳定的吸附和光催化协同性能。3D Bi2O3/CF气凝胶具有成本低、制备路线简单、吸附性高、光活性好等优点,有望大规模生产并应用于工业废水净化。

文献:

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.09.012

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