透水混凝土负载BiOBr/g-C<sub>3</sub>N<sub>5</sub>光催化去除地表径流中POPs

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2024-0912

摘要/Abstract

摘要：

地表径流中持久性有机污染物（POPs）渗入地下造成地下水污染的问题亟待解决。通过溶剂热法制备了溴氧化铋/富氮氮化碳（BiOBr/g-C₃N₅）复合材料，采用XRD、FT-IR、TEM、UV-vis DRS、PL、EIS和TPC等对复合材料进行了系统的表征分析。以BiOBr/g-C₃N₅为光催化材料、透水混凝土为载体制备光催化透水混凝土，评价了光催化透水混凝土降解典型POPs对氯苯酚（4-CP）的活性和稳定性，并分析了负载量对光催化透水混凝土光催化性能和透水性能的影响。结果表明：BiOBr/g-C₃N₅中异质结的构建实现了光生载流子的高效分离，拓宽了光谱吸收范围。可见光照射下，负载质量分数6% BiOBr/g-C₃N₅的光催化透水混凝土实现了对10 mg/L 4-CP的高效降解，降解率高达91.37%，同时表现出良好的稳定性。随着BiOBr/g-C₃N₅负载量的增加透水混凝土的透水性能降低，但负载量高达10%时，其透水系数和孔隙率仍然可以满足《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T 135—2009）的要求。光催化透水混凝土在海绵城市建设中具有巨大的应用潜力。

关键词: BiOBr/g-C₃N₅, 透水混凝土, 对氯苯酚, 光催化

Abstract:

The problem of groundwater pollution caused by the infiltration of persistent organic pollutants(POPs) in surface runoff into the ground needs to be solved urgently. Bismuth oxybromide/nitrogen-rich carbon nitride(BiOBr/g-C₃N₅) composites were prepared by solvothermal method. The composites were systematically characterized by XRD, FT-IR, TEM, UV-vis DRS, PL, EIS and TPC. Photocatalytic pervious concrete was prepared by using BiOBr/g-C₃N₅ as photocatalytic material and pervious concrete as carrier. The activity and stability of photocatalytic pervious concrete for photocatalytic degradation of typical POPs p-chlorophenol (4-CP) were evaluated, and the effect of loading amount on the photocatalytic performance and water permeability of photocatalytic pervious concrete was analyzed. The results showed that the construction of heterojunction in BiOBr/g-C₃N₅ realized the efficient separation of photogenerated carriers and broadened the spectral absorption range. Under visible light irradiation, the photocatalytic permeable concrete loaded with 6% BiOBr/g-C₃N₅ achieved efficient degradation of 10 mg/L 4-CP, with a degradation rate as high as 91.37%, and showed good stability. With the increase of the loading of BiOBr/g-C₃N₅, the water permeability of pervious concrete decreased. Even when the loading amount was 10%, the permeability coefficient and porosity could still meet the requirements of Technical Specification for Pervious Cement Concrete Pavement (CJJ/T 135—2009). Photocatalytic permeable concrete has great application potential in the construction of sponge city.

Key words: BiOBr/g-C₃N₅, pervious concrete, p-chlorophenol, photocatalysis

中图分类号:

X703

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https://www.iwt.cn/CN/Y2025/V45/I11/75

图/表 10

图1 BiOBr、g-C₃N₅和BiOBr/g-C₃N₅的XRD（a）和FT-IR（b）

Fig.1 XRD（a） and FT-IR（b） spectra of BiOBr，g-C₃N₅ and BiOBr/g-C₃N₅

图2 g-C₃N₅（a）、BiOBr（b）和BiOBr/g-C₃N₅（c）的TEM及BCN/PC（d）的SEM

Fig.2 TEM of g-C₃N₅（a），BiOBr（b）， BiOBr/g-C₃N₅（c） and SEM of BCN/PC（d）

图3 BiOBr、g-C₃N₅和BiOBr/g-C₃N₅的UV-vis DRS谱图（a）、Tauc’s曲线（b）和Mott-Schottky曲线（c、d）

Fig.3 UV-vis DRS spectra（a），Tauc^'s curves（b） and Mott-Schottky curves（c，d） of BiOBr，g-C₃N₅ and BiOBr/g-C₃N₅

图4 BiOBr、g-C₃N₅和BiOBr/g-C₃N₅的PL（a）、TPC（b）和EIS（c）谱图

Fig.4 PL（a），TPC（b）， and EIS（c） spectra of BiOBr，g-C₃N₅ and BiOBr/g-C₃N₅

图5 光催化剂对4-CP降解效果的影响（a）和动力学分析（b）

Fig.5 Effects of photocatalysts on the degradation of 4-CP （a） and kinetic analysis （b）

图6 不同猝灭剂下BiOBr/g-C₃N₅对4-CP的降解效果

Fig.6 Degradation of 4-CP by BiOBr/g-C₃N₅ under different quenchers

图7 BiOBr/g-C₃N₅的循环利用性能

Fig.7 Recycling performance of BiOBr/g-C₃N₅

图8 不同透水混凝土（a）、不同BiOBr/g-C₃N₅负载量透水混凝土（b）对4-CP的降解效果和光催化透水混凝土的循环稳定性（c）和摩擦稳定性（d）

Fig.8 Degradation efficiency of 4-CP by different pervious concretes（a） and different BiOBr/g-C₃N₅ loading amounts of perrious concretes（b），and recycling stability（c） and the friction stability（d） of photocatalytic pervious concrete

图9 BiOBr/g-C₃N₅负载量对光催化透水混凝土透水性能的影响

Fig.9 Effect of BiOBr/g-C₃N₅ loading capacity on the water permeability of photocatalytic pervious concrete

图10 光催化透水混凝土的光催化机理示意

Fig.10 Photocatalytic mechanism schematic of photocatalytic pervious concrete

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