Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Vật liệu dị thể hình Z Ag3PO4/CoFe2O4 từ tính cho quá trình phân hủy quang xúc tác ofloxacin
Tóm tắt
Một chất xúc tác hợp kim từ tính, Ag3PO4/CoFe2O4, đã được tổng hợp thành công bằng cách kết hợp các kỹ thuật nhiệt độ cao và thủy nhiệt với CoFe2O4 làm vật liệu cơ sở. Cấu trúc tinh thể, hình thái và tính chất của chất xúc tác hợp kim Ag3PO4/CoFe2O4 đã được đặc trưng bằng nhiều phương pháp phân tích dụng cụ khác nhau. Hoạt tính quang xúc tác của chất xúc tác hợp kim này đã được đánh giá thông qua quá trình phân hủy ofloxacin (OFX). Nghiên cứu đã chỉ ra rằng cấu trúc dị thể kiểu Z được hình thành bằng cách tải Ag3PO4 có cấu trúc lập phương thân tâm lên bề mặt của spinel cobalt ferrite CoFe2O4, và cấu trúc này có thể tăng tốc độ tái hợp của các cặp electron-lỗ trống không hữu ích và tạo điều kiện cho việc tách rời các điện tích mang điện có giá trị. Hoạt tính xúc tác dưới ánh sáng nhìn thấy của chất xúc tác hợp kim Ag3PO4/CoFe2O4 đã được cải thiện một cách đáng kể. Hiệu ứng phân hủy của chất xúc tác hợp kim Ag3PO4/CoFe2O4 trên OFX tốt hơn đáng kể so với Ag3PO4 và CoFe2O4 nguyên chất, trong đó 4% Ag3PO4/CoFe2O4 cho hiệu quả tốt nhất có thể. Tỉ lệ phân hủy của OFX có thể đạt tới 95,9% dưới ánh sáng nhìn thấy trong 2,5 giờ, và quá trình phân hủy tuân theo mô hình phản ứng động học bậc nhất. Tính chất từ tính của chất xúc tác hợp kim Ag3PO4/CoFe2O4 giúp dễ dàng thực hiện quá trình tách từ, thu hồi và tái chế chất xúc tác mà không gây ô nhiễm thứ cấp sau phản ứng.
Từ khóa
#Ag3PO4 #CoFe2O4 #chất xúc tác hợp kim #phân hủy OFX #quang xúc tác #cơ chế dị thể kiểu ZTài liệu tham khảo
K. He, A.D. Soares, H. Adejumo, M. McDiarmid, K. Squibb, L. Blaney, Detection of a wide variety of human and veterinary fluoroquinolone antibiotics in municipal wastewater and wastewater-impacted surface water. J. Pharm. Biomed. Anal. 106, 136–143 (2015). https://doi.org/10.1016/j.jpba.2014.11.020
M.C. Danner, A. Robertson, V. Behrends, J. Reiss, Antibiotic pollution in surface fresh waters: occurrence and effects. Sci. Total. Environ. 664, 793–804 (2019). https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.01.406
L.L. Ma, L.B. Qin, Y.Y. Tian, L. Qin, Z. Yang, C. Yang, Preparation and visible-light photocatalytic properties of PO43- doped Bi2O2CO3/Bi0. Chin. J. Inorg. Chem. 39(01), 98–108 (2023). https://doi.org/10.11862/CJIC.2022.281
L. Chen, S. Yang, X. Zuo, Y. Huang, T. Cai, D. Ding, Biochar modification significantly promotes the activity of Co3O4 towards heterogeneous activation of peroxymonosulfate. Chem. Eng. J. 354, 856–865 (2018). https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.08.098
R. Kaur, A. Kaur, R. Kaur, S. Singh, M.S. Bhatti, A. Umar, S. Baskoutas, S.K. Kansal, Cu-BTC metal organic framework (MOF) derived Cu-doped TiO2 nanoparticles and their use as visible light active photocatalyst for the decomposition of ofloxacin (OFX) antibiotic and antibacterial activity. Adv. Powder Technol. 32(5), 1350–1361 (2021). https://doi.org/10.1016/j.apt.2021.02.037
C. Dai, X. Tian, Y. Nie, H.M. Lin, C. Yang, B. Han, Y. Wang, Surface facet of CuFeO2 nanocatalyst: a key Parameter for H2O2 activation in fenton-like reaction and organic pollutant degradation. Environ. Sci. Technol. 52(11), 6518–6525 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.est.8b01448
M. Eshraghi, P. Kameli, Magnetic properties of CoFe2O4 nanoparticles prepared by thermal treatment of ball-milled precursors. Curr. Appl. Phys. 11(3), 476–481 (2011). https://doi.org/10.1016/j.cap.2010.08.032
A. Ei Arrassi, Z. Liu, M.V. Evers, N. Blanc, G. Bendt, S. Saddeler, D. Tetzlaff, D. Pohl, C. Damm, S. Schulz, K. Tschulik, Intrinsic activity of oxygen evolution catalysts probed at single CoFe2O4 nanoparticles. J. Am. Chem. Soc. 141(23), 9197–9201 (2019). https://doi.org/10.1021/jacs.9b04516
Sonu, V. Dutta, S. Sharma, P. Raizada, A. Hosseini-Bandegharaei, V.K. Gupta, P. Singh, Review on augmentation in photocatalytic activity of CoFe2O4 via heterojunction formation for photocatalysis of organic pollutants in water. J. Saudi. Chem. Soc. 23(8), 1119–1136 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jscs.2019.07.003
Y. Zhao, Y. Xu, J. Zeng, B. Kong, X. Geng, D. Li, X. Gao, K. Liang, L. Xu, J. Lian, S. Huang, J. Qiu, Y. Huang, H. Li, Low-crystalline mesoporous CoFe2O4/C composite with oxygen vacancies for high energy density asymmetric supercapacitors. RSC Adv. 7(87), 55513–55522 (2017). https://doi.org/10.1039/c7ra11741h
H. M. EI-Sayed, Evidence on the presence of Ruderman–Kittel–Kasuya–Yosida (RKKY) interaction in CoFe2O4@Au nano structure. Superlattices Microstruct. 91, 98–104 (2016). https://doi.org/10.1016/j.spmi.2016.01.009
R. Shukla, R.S. Ningthoujam, S.S. Umare, S.J. Sharma, S. Kurian, R.K. Vatsa, A.K. Tyagi, N.S. Gajbhiye, Decrease of superparamagnetic fraction at room temperature in ultrafine CoFe2O4 particles by Ag doping. ICAME 2007, 631–639 (2008). https://doi.org/10.1007/978-3-540-78697-9_86
N. Chandel, K. Sharma, A. Sudhaik, P. Raizada, A. Hosseini-Bandegharaei, V.K. Thakur, P. Singh, Magnetically separable ZnO/ZnFe2O4 and ZnO/CoFe2O4 photocatalysts supported onto nitrogen doped graphene for photocatalytic degradation of toxic dyes. Arab. J. Chem. 13(2), 4324–4340 (2020). https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2019.08.005
W. He, L. Liu, T. Ma, H. Han, J. Zhu, Y. Liu, Z. Fang, Z. Yang, K, Guo, Controllable morphology CoFe2O4/g-C3N4 p-n heterojunction photocatalysts with built-in electric field enhance photocatalytic performance. Appl. Catal. B 306, 121107 (2022). https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121107
Y. Jia, H. Ma, C. Liu, Au nanoparticles enhanced Z-scheme Au-CoFe2O4/MoS2 visible light photocatalyst with magnetic retrievability. Appl. Surf. Sci. 463, 854–862 (2019). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.09.008
F. Siadatnasab, S. Farhadi, A. Khataee, Sonocatalytic performance of magnetically separable CuS/CoFe2O4 nanohybrid for efficient degradation of organic dyes. Ultrason. Sonochem. 44, 359–367 (2018). https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2018.02.051
S. Huang, Y. Xu, M. Xie, H. Xu, M. He, J. Xia, L. Huang, H. Li, Synthesis of magnetic CoFe2O4/g-C3N4 composite and its enhancement of photocatalytic ability under visible-light. Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 478, 71–80 (2015). https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2015.03.035
H. Katsumata, M. Taniguchi, S. Kaneco, T. Suzuki, Photocatalytic degradation of bisphenol A by Ag3PO4 under visible light. Catal. Commun. 34, 30–34 (2013). https://doi.org/10.1016/j.catcom.2013.01.012
M. Duan, D. Wu, J. Wu, H. Tong, Synthesis of ZnWO4/Ag3PO4: p-n heterojunction photocatalyst with enhanced visible-light degradation performance of RhB. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 33(10), 7543–7558 (2022). https://doi.org/10.1007/s10854-022-07898-3
F. Chen, Q. Yang, X. Li, G. Zeng, D. Wang, C. Niu, J. Zhao, H. An, T. Xie, Y. Deng, Hierarchical assembly of graphene-bridged Ag3PO4/Ag/BiVO4 (040) Z-scheme photocatalyst: an efficient, sustainable and heterogeneous catalyst with enhanced visible-light photoactivity towards tetracycline degradation under visible light irradiation. Appl. Catal. B-Environ. 200, 330–342 (2017). https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2016.07.021
X. Chen, Y. Dai, J. Guo, F. Bu, X. Wang, Synthesis of micro-nano Ag3PO4/ZnFe2O4 with different organic additives and its enhanced photocatalytic activity under visible light irradiation. Mater. Sci. Semicond. Process. 41, 335–342 (2016). https://doi.org/10.1016/j.mssp.2015.10.010
J. Cao, B. Luo, H. Lin, B. Xu, S. Chen, Visible light photocatalytic activity enhancement and mechanism of AgBr/Ag3PO4 hybrids for degradation of methyl orange. J. Hazard. Mater. 217–218, 107–115 (2012). https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.03.002
Y. Chen, P. Zhu, M. Duan, J. Li, Z. Ren, P. Wang, Fabrication of a magnetically separable and dual Z-scheme PANI/Ag3PO4/NiFe2O4 composite with enhanced visible-light photocatalytic activity for organic pollutant elimination. Appl. Surf. Sci. 486, 198–211 (2019). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.04.232
N. Güy, K. Atacan, E. Karaca, M. Özacar, Role of Ag3PO4 and Fe3O4 on the photocatalytic performance of magnetic Ag3PO4/ZnO/Fe3O4 nanocomposite under visible light irradiation. Sol. Energy 166, 308–316 (2018). https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.03.045
J. Zhuang, J. Liu, Z. Wu, Z. Li, K. Zhu, K. Yan, Y. Xu, Y. Huang, Z. Lin, Formation of Ag3PO4/AgBr composites with Z-scheme configuration by an in situ strategy and their superior photocatalytic activity with excellent anti-photocorrosion performance. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 30(12), 11368–11377 (2019). https://doi.org/10.1007/s10854-019-01485-9
G. Hou, Y. Li, W. An, S. Gao, W. Zhang, W. Cui, Fabrication and photocatalytic activity of floating type Ag3PO4/ZnFe2O4/FACs photocatalyst. Mater. Res. Bull. 94, 263–271 (2017). https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2017.06.008
Z. Liu, H. Feng, S. Xue, P. Xie, L. Li, X. Hou, J. Gong, X. Wei, J. Huang, D. Wu, The triple-component Ag3PO4–CoFe2O4–GO synthesis and visible light photocatalytic performance. Appl. Surf. Sci. 458, 880–892 (2018). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.07.166
E. Abroushan, S. Farhadi, A. Zabardasti, Ag3PO4/CoFe2O4 magnetic nanocomposite: synthesis, characterization and applications in catalytic reduction of nitrophenols and sunlight-assisted photocatalytic degradation of organic dye pollutants. RSC Adv. 7, 18293–18304 (2017). https://doi.org/10.1039/c7ra01728f
S. Huang, Y. Xu, Q. Liu, T. Zhou, Y. Zhao, L. Jing, H. Xu, H. Li, Enhancing reactive oxygen species generation and photocatalytic performance via adding oxygen reduction reaction catalysts into the photocatalysts. Appl. Catal. B-Environ. 218, 174–185 (2017). https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.06.030
D. Li, Y. Liu, D. Xu, Q. Liu, H. Tang, Construction of g-C3N4 nanotube/Ag3PO4 S-scheme heterojunction for enhanced photocatalytic oxygen generation. Ceram. Int. 48(2), 2169–2176 (2022). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.09.308
N. Dong, F. He, J. Xin, Q. Wang, Z. Lei, B. Su, Preparation of CoFe2O4 magnetic fiber nanomaterial via a template-assisted solvothermal method. Mater. Lett. 141, 238–241 (2015). https://doi.org/10.1016/j.matlet.2014.11.054
X. Chen, Y. Dai, X. Wang, J. Guo, T. Liu, F. Li, Synthesis and characterization of Ag3PO4 immobilized with graphene oxide (GO) for enhanced photocatalytic activity and stability over 2,4-dichlorophenol under visible light irradiation. J. Hazard. Mater. 292, 9–18 (2015). https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.01.032
A. Kubala-Kukuś, D. Banaś, I. Stabrawa, K. Szary, D. Sobota, U. Majewska, J. Wudarczyk-Moćko, J. Braziewicz, M. Pajek, Analysis of Ti and TiO2 nanolayers by total reflection X-ray photoelectron spectroscopy. Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 145, 43–50 (2018). https://doi.org/10.1016/j.sab.2018.03.012
M. Xu, J. Li, Y. Yan, X. Zhao, J. Yan, Y. Zhang, B. Lai, X. Chen, L. Song, Catalytic degradation of sulfamethoxazole through peroxymonosulfate activated with expanded graphite loaded CoFe2O4 particles. Chem. Eng. J. 369, 403–413 (2019). https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.03.075
M. Lallimathi, P. Kalisamy, M. Suryamathi, T. Alshahrani, M. Shkir, M. Venkatachalam, B. Palanivel, Carbon dot loaded integrative CoFe2O4/g-C3N4 P-N heterojunction: direct solar light-driven photocatalytic H2 evolution and organic pollutant degradation. ChemistrySelect 5(34), 10607–10617 (2020). https://doi.org/10.1002/slct.202002543
L. Liu, W. He, Z. Fang, Z. Yang, K. Guo, Z. Wang, From core-shell to yolk-shell: improved catalytic performance toward CoFe2O4@ Hollow@ mesoporous TiO2 toward selective oxidation of styrene. Ind. Eng. Chem. Res. 59(45), 19938–19951 (2020). https://doi.org/10.1021/acs.iecr.0c03884
L. Lei, D. Wang, Y. Kang, Y. de Rancourt, X. de Mimérand, J.G. Jin, Phosphor-enhanced, visible-light-storing g-C3N4/Ag3PO4/SrAl2O4: Eu2+, Dy3+ photocatalyst immobilized on fractal 3D-printed supports. ACS Appl. Mater. Interfaces 14(9), 11820–11833 (2022). https://doi.org/10.1021/acsami.1c23650
J. Song, J. Zhang, A. Zada, Y. Ma, K. Qi, CoFe2O4/NiFe2O4 S-scheme composite for photocatalytic decomposition of antibiotic contaminants. Ceram. Int. 49(8), 12327–12333 (2023). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.12.088
Y. Su, X. Xin, Y. Wang, T. Wang, X. Wang, Unprecedented catalytic performance in disordered nickel niobate through photo-synergistic promotion. Chem. Commun. 50(32), 4200 (2014). https://doi.org/10.1039/c3cc49825e