光催化降解丨有效应对水污染的环保方法

本文选自Engineering期刊2019年第4期

作者：陈文倩，李琳悦，李林，裘文慧，唐量，徐玲，许科军，吴明红

来源：MoS2/ZIF-8 Hybrid Materials for Environmental Catalysis: Solar-Driven Antibiotic-Degradation Engineering[J].Engineering, 2019,5(4):755–767.

水污染是一个严峻的环境问题，水中的抗生素是危害人类健康的一个主要因素。目前，人们对环境污染越来越关注，将各种减少抗生素排放技术应用于环境保护，诸如物理吸附、微生物降解和光催化降解。

光催化净水是一种有效的环保方法，可用于消除工业废水中的有毒有害物质。然而，目前使用的TiO₂基催化剂仅吸收太阳光谱中紫外区的小部分，导致其催化效率低。因此，非常需要开发具有更高抗生素降解效率的新型有效的光催化剂。

二硫化钼（MoS₂）是一种具有类似于石墨烯的层状结构的过渡金属硫族化合物催化剂。窄带隙和比表面积的限制阻碍了MoS₂的光催化活性。

MoS₂有两个不同的晶形：金属相1T-MoS₂（具有更多的催化活性位点）和半导体相2H-MoS₂（可以提供更有效的边缘区）。

为了获得MoS₂最大的光催化活性，找到一种有效的合成方法来获得具有许多边缘活性位点的混合相态的MoS₂是十分必要的。

金属有机骨架（MOF）是一种具有高孔隙率和巨大表面积的结晶材料。沸石咪唑酯骨架-8（ZIF-8）是MOF中的一种，其具有较大的表面积、良好的热/化学稳定性和二氧化碳亲和力，得到了广泛的研究。

如果ZIF-8纳米晶体与MoS₂纳米片能够结合在一起，将会极大地提高材料的比表面积，获得更多的吸附位点和光催化活性中心，从而促进光催化降解抗生素的效率。

MoS₂/ZIF-8复合材料可以通过简单可行的一锅溶剂热法而合成。实验结果表明，当ZIF-8的质量含量达到7%时，MoS₂/ZIF-8复合材料（记为MZ-7）具有最好的光催化降解效果，可以使环丙沙星（CIP）和盐酸四环素（TC）的光催化降解率分别达到1T/2H-MoS₂的1.21倍和1.07倍。

主要原因为：（1）MZ-7具有较高的吸附性能，可以提供更多的吸附位点和光催化活性中心；（2）MZ-7的孔径与Barrett-Joyner-Halenda孔径分布曲线保持一致，有利于目标污染物分子的快速转移和光致电子的扩散；（3）由于电子密度的损失，MZ-7可以产生更多的活性空位；（4）ZIF-8和1T/2H-MoS₂之间的异质结吸收可见光导致更多光生电子-空穴对的产生。

☝  MoS₂/ZIF-8 纳米复合材料的合成示意图

实验结果也表明，MZ-7光催化剂具有高的稳定性，可以在实际应用中重复使用。

因此，1T/2H-MoS₂/MOF基光催化剂具有良好的抗生素降解工程的应用前景，同时，也为开发高效的MOF基和1T/2H-MoS₂复合材料应用到环境净化和修复领域提供了新的见解。

✎改编丨韩志锐

点击图片阅读丨曲久辉院士谈水污染控制

点击图片阅读丨综合治理：墨累达令盆地对可持续用水的探索

中国工程院院刊

工程造福人类

科技开创未来

微信公众号ID ：CAE-Engineering