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

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作者
Zhi Wang,Mingyang Li,Wenming Cao,Zhenhua Liu,Deyang Kong,Wei Jiang
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier]
卷期号:927: 172028-172028
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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