Efficient photocatalytic degradation of perfluorooctanoic acid by bismuth nanoparticle modified titanium dioxide

全氟辛酸 光催化 二氧化钛 化学 激进的 降级(电信) 光化学 煅烧 纳米颗粒 无机化学 催化作用 材料科学 纳米技术 环境化学 有机化学 电信 计算机科学 冶金
作者
Zhi Wang,Mingyang Li,Wei Cao,Zhenhua Liu,Deyang Kong,Wei Jiang
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:927: 172028-172028 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2024.172028
摘要

Perfluorooctanoic acid (PFOA) is potentially toxic and exceptionally stable attributed to its robust CF bond, which is hard to be removed by UV/TiO2 systems. In this research, bismuth nanoparticle (Bi NP) modified titanium oxides (Bi/TiO2) were synthesized by a simple photochemical deposition-calcination method and were applied as photocatalysts for the first time to degrade PFOA. The removal rate of 50 mg/L PFOA reached 99.3 % with 58.6 % defluorination rate after 30 min of irradiation via a mercury lamp. Bi/TiO2 exhibited superior performance in PFOA degradation compared to commercial photocatalysts (TiO2, Ga2O3, Bi2O3 and In2O3). In addition, Bi/TiO2 showed high degradation activity under actual sunlight, achieved 100 % removal rate and 59.3 % defluorination rate within 2 h. Bi NPs increase the light trapping ability of Bi/TiO2 and promote the separation of photogenerated electron-hole pairs via local surface plasmon resonance (LSPR) effect, which results in more photogenerated holes (h+) and hydroxyl radicals (OH). Combined with DFT calculations and intermediate detections, the degradation reaction is initiated from the oxidation of the PFOA carboxyl group via h+, followed by the loss of the CF2 unit step by step with the participation of OH. This work presents a novel approach for the practical implementation of TiO2-based photocatalysts to achieve highly efficient photocatalytic degradation of perfluorocarboxylic acids (PFCAs).
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