通过微流控、超声波和声流控技术制备的碳酸钙在结构和形态特征上的比较分析

《Materials Chemistry and Physics》：A comparative analysis of the structural and morphological characteristics of calcium carbonate produced via microfluidic, ultrasonic, and acoustofluidic techniques

新型铕铁共掺杂Bi2WO6催化剂在可见光驱动下实现有机污染物快速降解，6分钟内罗丹明B降解率超99%，速率常数达0.9745 min-1，较纯Bi2WO6提升4.81倍，且在宽pH和离子环境中稳定性优异。研究揭示了铕铁协同作用机制，通过EPR证实单线态氧、光生空穴和超氧自由基主导降解，并验证处理废水对植物萌发无毒性。

　　在当前工业化快速发展的背景下，环境污染问题日益严重，其中有机染料废水的排放尤为突出。这类废水因其高毒性、难降解和对生态环境的潜在危害，已成为全球关注的焦点。特别是Rhodamine B（RhB）等有机染料，因其在工业生产中的广泛应用，如印刷、玻璃制造、皮革鞣制和纺织染色等领域，其排放对水体和生物体构成了极大的威胁。世界卫生组织（WHO）在2017年将RhB归类为第三类致癌物，进一步强调了寻找高效、低能耗、环境友好的废水处理技术的重要性。

目前，针对有机污染物的处理技术主要包括吸附、化学处理、生物技术以及膜过滤等。然而，这些方法在实际应用中普遍面临诸如高能耗、可能产生二次污染、经济成本高以及降解效率低等挑战。因此，迫切需要一种创新的、可持续的、高效的替代方法来解决有机染料废水的处理难题。

近年来，光催化降解技术因其高效、低成本、无二次污染以及良好的环境兼容性，受到了广泛关注。该技术利用太阳能作为能源，通过激发半导体材料产生电子-空穴对，进而生成具有强氧化能力的活性物种，如超氧自由基（·O??）、羟基自由基（•OH）和单线态氧（1O?），从而实现对有机污染物的高效降解。然而，大多数光催化剂需要紫外光（UV）进行激活，这不仅限制了其在实际应用中的可行性，也增加了能源消耗。因此，开发能够在可见光甚至近红外光谱范围内有效激活的光催化剂成为研究的重点。

在光催化领域，铁离子（Fe3?）和稀土元素（如铕离子Eu3?）的掺杂被证明可以显著提升光催化剂的性能。Fe3?离子在Fenton反应中扮演着重要角色，能够与过氧化氢（H?O?）反应生成高活性的羟基自由基（•OH），从而加速有机污染物的降解。而稀土元素由于其独特的电子结构，能够有效拓宽光催化剂的光响应范围，使其在可见光条件下也能够发挥作用。这些离子的协同作用不仅能够优化光催化剂的能带结构，还能提高载流子的分离效率，进而提升催化活性。

在本研究中，科研团队开发了一种新型的铕-铁共掺杂的铋钨酸盐（EF-Bi?WO?）催化剂，该催化剂在可见光驱动的光Fenton体系中展现出卓越的降解性能。实验结果表明，1-EF-BWO催化剂在6分钟内实现了RhB的近完全降解（>99%），其动力学速率常数为0.9745 min?1，显著高于纯Bi?WO?（0.1678 min?1）以及单独掺杂Eu或Fe的Bi?WO?催化剂（2.42-2.92倍）。这一优异的性能不仅归因于材料的高效光响应能力，还与其在不同pH值和离子环境下的稳定表现密切相关。EF-Bi?WO?催化剂能够在广泛的pH范围内保持高效的降解能力，显示出良好的操作适应性。

在催化机制方面，研究通过淬灭实验和电子顺磁共振（EPR）光谱分析，揭示了EF-Bi?WO?催化剂在光Fenton体系中的反应机理。实验结果表明，可见光照射和H?O?的存在对有机染料的降解具有显著的协同效应。催化剂中的Eu3?和Fe3?离子通过优化能带结构，有效抑制了载流子的复合，从而提高了光催化效率。同时，这些离子的协同作用还促进了活性物种的生成，如单线态氧、光生空穴和超氧自由基，这些物种共同作用于污染物，使其快速矿化。

为了进一步验证EF-Bi?WO?催化剂的环境安全性，研究团队还对其降解后的RhB废水进行了生物毒性评估。通过培养绿豆，研究人员发现，经过EF-Bi?WO?处理后的废水并未对植物的生长和发育造成负面影响，表明该催化剂在实际应用中具有良好的生态兼容性。这一发现为EF-Bi?WO?在环境修复领域的应用提供了有力支持。

在材料合成方面，EF-Bi?WO?催化剂是通过水热法成功制备的。该方法具有操作简便、成本低廉以及可控性强等优点，适用于大规模生产。通过系统的材料表征，包括X射线衍射（XRD）分析，研究人员确认了EF-Bi?WO?的晶体结构，并进一步探讨了其结构对催化性能的影响。XRD结果表明，无论是纯Bi?WO?还是EF-Bi?WO?催化剂，其衍射峰均对应于正交相的Bi?WO?（JCPDS No. 39-0256），这说明掺杂过程并未改变其基本晶体结构，而是通过引入Eu3?和Fe3?离子优化了其能带结构，从而提升了光催化活性。

此外，研究团队还对EF-Bi?WO?催化剂的可重复使用性进行了评估。实验结果显示，该催化剂在多次循环使用后仍能保持较高的催化活性，这表明其具有良好的稳定性和重复使用潜力。这一特性对于实际废水处理工程具有重要意义，因为它意味着催化剂可以在长期运行中保持高效性能，减少更换频率，从而降低运行成本。

综上所述，EF-Bi?WO?催化剂的开发为有机染料废水的处理提供了一种新的解决方案。其在可见光驱动的光Fenton体系中表现出的高效降解能力、良好的pH适应性、环境安全性以及优异的可重复使用性，使其成为一种极具前景的环境友好型催化剂。未来的研究可以进一步探索该催化剂在其他类型有机污染物降解中的应用，以及其在实际废水处理系统中的性能表现，从而推动其在环境治理领域的广泛应用。