科研進(jìn)展
青海鹽湖所科研人員在《Nature Communications》發(fā)表鉀浮選劑光催化降解最新研究成果
十八胺（ODA）和十二烷基嗎啉（DMP）是浮選法生產(chǎn)鉀鹽的常用浮選藥劑，其在水中的溶解度低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定難以實(shí)現(xiàn)快速自然降解。ODA和DMP在鹽湖體系中的富集，不僅對(duì)鹽湖生態(tài)環(huán)境構(gòu)成潛在威脅，還對(duì)鉀鹽及其他高品質(zhì)鹽湖化工產(chǎn)品開發(fā)造成不利影響。因此，對(duì)鉀浮選藥劑開展高效處理，特別是催化降解方面的研究已成為鹽湖資源綠色高值開發(fā)利用過程中亟需關(guān)注的問題之一。
中國科學(xué)院青海鹽湖研究所輕合金與稀散元素分離課題組根據(jù)鉀鹽浮選藥劑性質(zhì)特點(diǎn)，聚焦綠色高效處理的研究需要，結(jié)合高原地區(qū)自然光輻照強(qiáng)度大等優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化光催化材料缺陷工程改性策略，成功制備金屬/非金屬雙缺陷鉍酸鹽光催化材料，考察其對(duì)可見光的吸收利用，并對(duì)雙缺陷結(jié)構(gòu)改性鉍酸鹽光催化劑的催化作用機(jī)制開展深入剖析。研究發(fā)現(xiàn)，在水熱制備Bi2WO6過程中加入適當(dāng)比例的還原劑（EG）和刻蝕劑（NaOH），可以實(shí)現(xiàn)“一鍋法”在Bi2WO6納米片的中心和邊緣區(qū)域分別構(gòu)筑O缺陷和W缺陷，強(qiáng)化提升鉍酸鹽的催化性能。機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)：在雙缺陷結(jié)構(gòu)材料（BWO-ES）中，W缺陷作為負(fù)電荷中心，O缺陷充當(dāng)局部的正電荷中心。當(dāng)這些帶相反電荷的缺陷在晶格不同位置建立時(shí)，使Bi2WO6材料的靜電偶極距由本體材料（BWO）的1.54 D提升至BWO-ES的48.15 D，促使材料的內(nèi)建電場(chǎng)強(qiáng)度提升2.74倍，為光生電子-空穴對(duì)的有效分離提供了內(nèi)部驅(qū)動(dòng)力，從而抑制光生載流子的復(fù)合，表現(xiàn)的瞬態(tài)熒光壽命由BWO的1.61 ns提升至BWO-ES的2.63 ns。此外，O缺陷的構(gòu)筑降低了材料的帶隙（2.78 ev→2.54 eV），拓展了材料的光響應(yīng)范圍（446 nm→488 nm）。在可見光（λ≥400 nm）照射下，BWO-ES對(duì)十八胺（ODA）和十二烷基嗎啉（DMP）的降解速率分別達(dá)到13.31 mg/L·h和14.40 mg/L·h，是本體BWO材料降解速率的3.64倍和3.59倍，可實(shí)現(xiàn)鹽溶液中ODA、DMP的完全礦化。
此項(xiàng)研究在提升鉍酸鹽材料光催化活性的同時(shí)，通過雙缺陷改性策略克服了單一氧缺陷（BWO-E）和單一鎢缺陷（BWO-S）結(jié)構(gòu)在光催化過程中因O2吸附和活性物種氧化而失活的問題，在循環(huán)實(shí)驗(yàn)中未見活性降低。本研究不僅拓展了缺陷構(gòu)筑改性光催化材料的設(shè)計(jì)思路，高鹽度體系中的適用性還為可見光驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)鉀鹽浮選藥劑的高效降解提供了新途徑。該成果以“Region-Specific Defect Engineering of Bi2W1-xO6-γ Induces Nanoscale Electric Fields and Surface Active-Sites for Enhanced Visible-Light Oxidation of Salt-Lake Flotation Agents”為題已正式被國際重要學(xué)術(shù)刊物《Nature Communications》（科學(xué)院分區(qū)1區(qū)，JCR一區(qū)）接受，青海鹽湖所葉秀深研究員和張思遠(yuǎn)助理研究員為文章的通訊作者，博士研究生馬亮作為第一作者。該工作得到國家自然科學(xué)基金（U24A20551、12505291）、中國科學(xué)院基礎(chǔ)研究青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃項(xiàng)目（YSBR-039）、青海省國際合作項(xiàng)目（2025-HZ-803）以及青海省昆侖英才人才項(xiàng)目的支持。
圖1 缺陷性鉍酸鹽材料制備過程示意圖
圖2 BWO-ES材料的缺陷分布表征
圖3 BWO-ES材料的催化性能強(qiáng)化及浮選劑降解機(jī)制
圖4 BWO-ES材料自然光下對(duì)鉀鹽浮選劑的催化降解行為
審核：葛飛
