当前世界环境

介绍

水生污染，以这样或那样的形式，是对我们生态系统的最大威胁之一。与金属离子、染料和杀虫剂喷雾等污染物相比，染料污染对生态系统的危害最大。¹在对纺织废水的严厉审查中也有报道。²吸附法因其高效、廉价、设计简单、不产生有害化合物等优点，在众多去除方法中被成功地应用于污染物的去除。^3、4、5在紫外光照射下，纳米结构半导体可以有效地破坏多种有机污染物。⁶光生电子和空穴的快速复合导致了低量子产率，这使得提高半导体的光催化活性以满足可行应用的需要变得极其困难。⁷为了评估纳米材料的金属氧化物催化活性，通常使用亚甲基蓝(MB)和甲基橙(MO)等有机染料在水溶液中的分解来进行探针反应。^8、9由于其优点，吸附法在各种去除方法中被有效地用于去除污染物。¹⁰

卡西欧_3.是硅灰石的一种成分，可以是天然的也可以是合成的。自Hench的发现以来，许多生物材料越来越受欢迎，成为骨科手术中备受期待的生物材料，特别是硅酸钙(硅灰石)和生物活性玻璃基材料。^11、12硅灰石是一种聚合材料，它以两种不同的矿物形式结晶，一种是在低温下形成链状硅酸盐，另一种是在高温下形成三斜晶格。¹³硅是一种至关重要的微量元素，在骨骼过早发育中起着促进作用。卡西欧_3.已经过大量的研究，用于牙根和人工骨。从此，卡西欧_3.在治疗环境中越来越受欢迎，特别是在骨科手术和给药方面。^{14日,15日,16岁}硅灰石的合成通常采用固态法和溶胶-凝胶法，在高压釜中进行水热法可以有效地辅助硅灰石晶体的形成。¹⁷固体反应是上述实际过程中应用最广泛的方法，因为它无毒，生态可接受，与其他化学方法不同，无溶剂，无废物的合成路线，而且经济。¹⁸为了了解ZnO对有机分子的光催化破坏，人们做了大量的努力。¹⁹理想的光催化剂具有可调的特性，如吸收带隙减少和掺杂。它们的表面积大，吸收光谱宽，价格便宜，而且安全。^20.氧化锌纳米结构减少了电荷复合，提高了阳光下的吸收效率。²¹考虑到形貌积极参与催化作用，影响光生电荷转移的分离，带隙结构。²²本文采用水热法合成了ZnO掺杂的硅灰石纤维，并比较了其在日光下对MB和MO的降解情况。这种降解过程可以在任何时间、任何晴天使用，因为它快速、廉价、无毒、不依赖光线。

材料与方法

合成

掺锌硅灰石的初步制备

基本制备是用两种主要化学物质氢氧化钙(M.W-74.09)进行磁力搅拌克/摩尔) +氢氧化硅(M.W-60.08克/摩尔)，在配制此溶液前，将适当的化学计量量放入与200ml蒸馏水混合的烧杯中，按不同比例将氢氧化钙和氧化锌混合如下:

• Ca(哦)₂和氧化锌的比例分别为45%和5%，该溶液与50%的SiO混合₂。
• Ca(哦)₂和氧化锌的比例分别为40%和10%，该溶液与50%的SiO混合₂。

这两个比例的溶液被放置在两个单独的烧杯放置在磁力搅拌器。烧杯在45度的温度下加热⁰C，在磁力搅拌器中搅拌3天，使其充分混合并制备前体。该复合溶液可以在水热条件下合成。

水热合成

用于合成的化学品是用于纤维硅灰石改性的商业试剂级，而不是其他商业品种晶体。实验以适宜的化学计量量(1050)进行⁰C温度和1.01325 bar大气压的等压条件。这些化合物被放置在聚四氟乙烯衬里的两个不同的高压灭菌器中，在水热条件下进行处理。经过反应时间的老化后，放置在烘箱内的化合物通过用水淬火来冷却以阻止反应并从高压灭菌器中取出。所得产物在60℃下干燥⁰C，然后用Whatman滤纸过滤去除样品中的水分。用二次蒸馏水对产品进行洗涤，并在室温下干燥。所得产物为掺锌5%的硅灰石为Zn-WO-1，掺锌10%的硅灰石为Zn-WO-2。

描述

利用扫描电镜(SEM)对加热后材料的形貌进行了观察。采用Rigaku Smart Lab II (Cu K辐射，= 1.5414 ? a) x射线衍射仪和EDAX测量。sorautomatic 1990仪器是用于表面积测量的BET方法。在液氮温度下，用氮气进行了解吸和吸附的测量。采用常规软件计算BET比表面积和孔隙体积，采用Barrett-Joyner-Halenda (BJH)方法检测孔径分布和体积，并测量纳米颗粒在紫外-可见波长范围内的漫反射光谱。

光催化降解实验

为了分析掺杂锌硅灰石的光催化活性，采用了MB和MO染料。该过程包括将分离的200 ml MB和MO (10 mg/L)水溶液与生成的溶液混合，然后添加20、40、60和80 mg Zn-WO作为光催化剂，在黑暗下处理10、20和30分钟，并不断搅拌以观察吸收情况。采用紫外可见分光光度计，最后考察了锌硅灰石在光照下30min、60min、90min和120min的光催化性能。

结果与讨论

XRD

参考JCPDS No: 00-27-0088，对两种不同样品进行了Zn-WO-1和Zn-WO-2的粉末衍射XRD峰图分析，样品为-硅灰石。矿物呈三斜晶系(?？？？？？90⁰)细胞参数为a=10.137 Å， b=11.092 Å， c=7.3249 Å， Volume of Unit cell=795.92 Å^3.。两种样品的结晶度都很高。图1显示了Zn-WO-1和Zn-WO-2样品的XRD谱图。

图1:Zn-WO-1和Zn-WO-2样品的XRD图谱。 点击此处查看图

扫描电镜

通过扫描电镜进行形貌研究是本文的主要目的。Zn-WO-1和Zn-WO-2样品呈纤维状结晶。在图2中，样品显示晶体是宽度小于1 ?m的细线。为了了解粉末样品的大小和形状，SEM提供了拓扑信息。与Zn-WO-1相比，合成的Zn-WO-2矿物具有良好的纤维结构。

图2:a) Zn-WO-1和b) Zn-WO-2样品的SEM图像。 点击此处查看图

EDS

Zn-WO-1和Zn-WO-2样品分析图提供了如图3所示的整体成分，表1和表2。将Zn、Ca、Si、O的重量百分比制成表格。实验中采用化学计量成分的元素浓度，并在晶体形成后进行分析验证。在图3中，我们可以看到样品中最丰富的元素是氧，在Zn-WO-2中，氧的质量百分比最高，为57.3%，在Zn-WO-2中，氧的质量百分比最低，为54.4。Zn-WO-1和Zn-WO-2的Si值分别为18.3和16.4。Zn-WO-1和Zn-WO-2的Ca值分别为19.8和19.5。Zn是一种重要的元素，在Zn- wo -2中的含量(9.7%)高于Zn- wo -1(4.6%)。

图3:a) Zn-WO-1和b) Zn-WO-2样品的能谱图。 点击此处查看图

表面积分析

N₂吸附等温线法测定BET比表面积。Zn-WO-1和Zn-WO-2具有优良的BET表面积。图4显示了N₂硅灰石的吸附-解吸等温线，根据IUPAC分类，材料为介孔材料。孔隙体积和平均孔径采用BJH法计算。²³孔径与介孔孔径相当接近;因此，可以将其视为微孔。数据列于表3

表3:BET表面积分析

样品名称	矿物表面积 (m2/ g)	孔隙体积 (cm3./ g)	孔径 (nm)
Zn-WO-1	92.4	0.112	6.0
Zn-WO-2	112.6	0.132	9.0

图4:a) Zn-WO-1和b) Zn-WO-2样品的BET表面分析。 点击此处查看图

紫外吸收的研究

光催化剂的光学性质和能带结构对光催化活性有很大的影响。²⁴用于计算Zn-WO-1和Zn-WO-2的光学带隙能量和紫外研究的tac图如图5a所示。在紫外和可见光区，所有材料的光谱都表现出相当大的吸收。而Zn-WO-1和Zn-WO-2的吸光度曲线相似，吸光度最大。

A是常数，h是普朗克常数，v是频率，?为吸收系数，Eg为带隙能量。(??)的Tauc曲线图外推得到光能带隙的值。²针对h ?。如图5b所示，Zn-WO-1和Zn-WO-2的带隙分别为2.70 eV和2.62 eV

图5:(a) Zn-WO-1和Zn-WO-2样品的Uv研究，(b) Tauc图。 点击此处查看图

光催化降解MB和MO

Zn-WO颗粒在日光下进一步降低亚甲基蓝的含量，然后再进行黑暗处理。为了在光催化剂和染料之间建立平衡，反应溶液在黑暗中搅拌30分钟。然后将悬浮液不断搅拌，同时暴露在阳光下。²⁵用紫外可见分光光度计测定不同时间间隔下MB和MO的浓度，按式(2)计算其百分比。利用Zn-WO-1和Zn-WO-2维持吸收-解吸平衡，暗吸收对MB的降解率分别为24.8%和28.4%，对MO染料的降解率分别为10.2%和16.4%。Zn-WO作为光催化剂作用120分钟，Zn-WO-1和Zn-WO-2显示，MB染料的降解浓度高达88.4%，MO染料的降解浓度为92.3%，分别达到80.9%和85.3%(图6a)。

(Co)照射前和(C)照射后溶液的浓度相对于t min, Co和C为照射前和照射后溶液的浓度，单位为分钟，动力学速率常数为k。两个样品均可与准一级动力学模型R相比较²ln (C/Co)线性图的时间值大于0.9。(图6 b)。

图6:MB和mo的降解。a)光催化活性。b) Zn-WO-1和Zn-WO-2样品的拟一级动力学模型。 点击此处查看图

材料再利用和pH值观察

对锌- wo -1和锌- wo -2纳米粒子在紫外光下表现出良好的光催化活性进行了研究。为了重复使用的研究，每个循环后，纳米颗粒通过离心分离，在60℃下干燥⁰C一小时，然后用于下一个循环。SiO中的ZnO₂结构，这有利于有效的电子转移在光合作用中，由于各种氧化态提高效率的Zn-WO。即使经过5次循环使用，纳米颗粒仍保持良好的稳定性和效率，几乎与图7b所示的光催化剂的性能相匹配。这里观察到的ph值显示，ph值在8时发生最大降解，进一步增加ph值会降低图7a所示的降解能力。

图7:MB和mo的降解。a) pH, b) Zn-WO-1和Zn-WO-2样品的降解周期。 点击此处查看图

结论

在等压等温条件下，成功地合成了具有独特纤维习性的固态锌掺杂硅灰石复合材料。XRD证实了zno - wo纳米颗粒的制备。SEM形貌分析表明，样品含有纤维硅灰石，表面较粗糙。BET法制备的Zn-WO-1和Zn-WO-2的比表面积大，孔径为6.0 nm和9.0 nm。采用紫外可见分光光度计对其光学特性进行了研究。结果表明，制备的Zn-WO-2具有比Zn-WO-2更小的带隙。对纳米锌氧化钨纳米颗粒的光催化性能进行了研究。此外，•OH作为光催化染料降解MB和MO染料的活性物质，发挥着重要的作用。随着Zn含量的增加，复合材料通过减小Zn- wo -2的带隙而比Zn- wo -1吸收更多的可见光。与Zn-WO-1相比，Zn-WO-2在可见光下对MB和MO表现出最高的光催化性能。 The sample also exhibits good reusability and stability after five cycles with a slight drop and at pH 8 shows more absorption capacity of nanoparticles.

鸣谢

作者承认Vijnana Bhavana是迈索尔大学的中心仪器设施。卓越机构(IOE)）提供表征设施。

利益冲突

不存在利益冲突。

资金来源

本研究工作没有资金或财政支持。

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