通过RSM优化技术揭示生物炭衍生活性炭功能化TiO2在光催化降解刚果红方面的潜力

《ChemistrySelect》：Unravelling the Potential of Biochar Derived Activated Carbon Functionalized TiO2 for Photocatalytic Degradation of Congo Red via RSM Optimization

光催化降解：利用废 Artocarpus heterophyllus 活性炭合成 TiO?/AC（1:1），通过响应面法优化降解 Conge-red 染料参数，可见光照射75分钟降解率达95.9%，验证OH•自由基主导机制，并展示良好循环稳定性。

　　

摘要

染料在水体中的溶解度增加带来了严重的环境和健康问题，这凸显了全面治理染料污染的必要性。光催化是一种减少这些污染物造成的环境危害的有效方法。因此，本研究采用从Juliflora木材中提取的废弃Artocarpus heterophyllus掺杂活性炭（AC）来绿色合成TiO₂。通过形态学和元素分析（FE-SEM和EDX）发现TiO₂纳米颗粒在活性炭上均匀分散；同时利用UV–vis光谱研究了TiO₂/AC（1:1）在可见光下的催化性能，其带隙为2.10 eV。还采用了FT-IR、BET和TGA等表征技术来分析TiO₂/AC（1:1）的物理化学性质。光催化活性通过其降解Congo-red（CR）染料的能力来评估，结果发现TiO₂/AC（1:1）的光催化活性最高，降解效率达到78.96%。为了提高效率，通过中心复合设计（CCD-RSM）方法研究了实验参数（pH值、光催化剂负载量、初始CR浓度和反应时间）。p值为0.0012，F值为17.44，表明该模型在统计上具有显著性。经过75分钟的可见光照射后，20 ppm浓度的染料溶液中有95.9%被降解，并且该材料在连续五次循环中表现出良好的可回收性和重复使用性。此外还进行了清除实验，以进一步了解相关反应机制及活性氧（ROS）的作用。

图形摘要

本研究使用RSM-CCD方法研究了TiO₂/AC光催化剂对Congo-red的降解效果。Artocarpus heterophyllus果皮显示出合成TiO₂纳米颗粒的潜力。在20 ppm的CR浓度下，降解效率达到了95.9%。清除实验表明OH•自由基在CR降解过程中起着重要作用。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

作者确认支持本研究结果的数据已在文章中提供。