Construction of direct Z-scheme Bi5O7I/UiO-66-NH2 heterojunction photocatalysts for enhanced degradation of ciprofloxacin: Mechanism insight, pathway analysis and toxicity evaluation

光催化 异质结 降级(电信) 光化学 材料科学 电子顺磁共振 吸附 光降解 羟基自由基 密度泛函理论 激进的 化学 化学工程 催化作用 有机化学 计算化学 光电子学 物理 工程类 计算机科学 电信 冶金 核磁共振
作者
Chen Zhao,Yang Li,Hong-Yu Chu,Xi Pan,Li Ling,Peng Wang,Huifen Fu,Chong‐Chen Wang,Zhihua Wang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:419: 126466-126466 被引量:242
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2021.126466
摘要

Direct Z-scheme Bi5O7I/UiO-66-NH2 (denoted as BU-x) heterojunction photocatalysts were successfully constructed through ball-milling method. Photocatalytic activities of the as-prepared BU-x samples were determined by using a typical fluoroquinolone antibiotic, ciprofloxacin (CIP). All BU-x heterojunctions exhibited better CIP removal performances than that of pristine Bi5O7I and UiO-66-NH2 upon exposure to white light irradiation. In comparison, the heterojunction with UiO-66-NH2 content of 50 wt% (BU-5) showed excellent structural stability and the optimal adsorption-photodegradation efficiency for the CIP removal. The removal efficiency of CIP (10 mg/L) over BU-5 (0.75 g/L) achieved 96.1% within 120 min illumination. Meanwhile, the effect of photocatalyst dosage, pH and inorganic anions were systemically explored. Reactive species trapping experiments, electron spin resonance (ESR) signals, Mott-Schottky measurements and density functional theory (DFT) simulation revealed that the photo-generated holes (h+), hydroxyl radical (·OH) and superoxide radical (·O2–) played crucial roles in CIP degradation. This result can be ascribed to that the unique Z-scheme charge transfer configuration retained the excellent redox capacities of Bi5O7I and UiO-66-NH2. Meanwhile, the CIP degradation pathways and the toxicity of various intermediates were subsequently analyzed. This work provided a feasible idea for removing antibiotics by bismuth-rich bismuth oxyhalide/MOF-based heterostructured photocatalysts.
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