双酚A在水中通过环境光/紫外光辅助的ZnO/C和ZnO/TiO2/C光催化剂（这些催化剂由PVP/ZIF-8以及PVP/ZIF-8/Ti MOFs制备）的降解过程

《Chemical Engineering Research and Design》：Degradation of bisphenol A in water by ambient/UVC light-assisted ZnO/C and ZnO/TiO 2/C photocatalysts derived from PVP/ZIF-8 and PVP/ZIF-8/Ti MOFs

本研究通过PVP辅助的MOFs前驱体合成ZnO/C和ZnO/TiO?/C光催化剂，发现ZnO/TiO?/C在UVC光下60分钟内完全降解BPA，效率最高，并揭示了多自由基参与和电荷分离机制。

　　

里兹基·费布里安（Rizki Febrian）|汉妮·梅里纳瓦蒂（Hanny Meirinawati）|尼·卢·乌兰·塞普蒂亚尼（Ni Luh Wulan Septiani）|戴安娜·拉哈尤宁·乌兰（Diana Rahayuning Wulan）|拉登·蒂娜·罗斯玛利纳（Raden Tina Rosmalina）|威利·卡亚·努格拉哈（Willy Cahya Nugraha）|努尔菲娜·尤达萨里（Nurfina Yudasari）|布莱恩·尤利亚托（Brian Yuliarto）|穆阿马尔·卡达菲（Muammar Qadafi）

印度尼西亚万隆理工学院工业技术学院工程物理学博士项目，万隆41032

摘要

本研究报道了利用聚维吡咯烷酮（PVP）辅助的金属有机框架（PVP/ZIF-8和PVP/ZIF-8/Ti）制备的ZnO/C和ZnO/TiO?/C光催化剂，在常温和UVC光条件下去除水中的双酚A（BPA）的效果。这些材料通过XRD、SEM-EDX、BET和UV-Vis DRS进行了表征。ZnO/TiO?/C的比表面积为1036 m2/g，带隙为2.85 eV；ZnO/C的比表面积为1056 m2/g，带隙为2.92 eV。吸附实验表明，PVP/ZIF-8/Ti的去除效率最高，达到67%；其次是ZnO/TiO?/C（59%）和ZnO/C（55%）。在UVC光下的光催化降解实验中，ZnO/TiO?/C在60分钟内实现了100%的BPA完全去除，优于ZnO/C（85–90%）。在常光条件下，ZnO/TiO?/C和ZnO/C的降解率分别为约70–75%和约55–60%。清除测试表明，在ZnO/C中O?•?自由基起主导作用，而ZnO/TiO?/C则表现出多自由基参与，并具有更强的抗复合能力。重复使用测试证实其稳定性超过三个循环，活性仍保持在94%以上。与已报道的催化剂相比，PVP/ZIF-8/Ti衍生的ZnO/TiO?/C系统在催化剂与BPA的比例为1:50时表现出高效率，为BPA降解提供了一种经济可行的方法。

引言

有毒有机污染物对水环境的污染引起了关注（Wulandari等人，2024年；Zevi等人，2022年）。双酚A（BPA）是一种广泛存在的内分泌干扰物（EDCs），存在于塑料、环氧树脂和工业废水中，对环境和健康构成重大风险（Hwang和Choi，2015年；Liu等人，2021年）。由于其化学稳定性和在水环境中的持久性，BPA难以通过传统的水处理方法去除（Ismanto等人，2022年；Kwon和Lee，2015年）。因此，迫切需要先进的修复技术来有效降解水中的BPA。

光催化降解已成为去除水中有机污染物的有前景的方法（Han等人，2023年）。基于半导体的光催化剂，如二氧化钛（TiO?）和氧化锌（ZnO），因能在光照下生成活性氧物种而受到广泛研究（Astuti等人，2025年；Kaur等人，2023年）。然而，这些材料存在一些局限性，包括光生载流子的快速复合、狭窄的光吸收范围以及长时间使用后的稳定性差（Alexpandi等人，2022年；Haghighizadeh等人，2023年）。为了解决这些问题，人们采用了多种策略，包括掺杂、复合材料制备以及与碳基材料的结合（Alexpandi等人，2022年；Puri和Gupta，2023年）。

其中，将碳引入半导体光催化剂中受到了广泛关注。碳材料，如石墨烯（Xia等人，2025年）、碳纳米管（Bhuvaneswari等人，2021年）和活性炭（Song等人，2023年），可以增强光催化剂的电子导电性，促进电荷分离，并将光吸收范围扩展到可见光区域。例如，掺碳的TiO?和ZnO复合材料在降解有机污染物（包括BPA）方面表现出更好的光催化性能（Hidayat等人，2022年；Ramesh等人，2021年）。碳与半导体组分之间的协同作用可以提高光催化效率和稳定性。

另一种有前景的方法是使用金属有机框架（MOFs）作为光催化剂的前体（Juma等人，2024年；Zhang等人，2025年；Zhang等人，2025年）。MOFs（如沸石咪唑框架-8（ZIF-8））具有高比表面积、可调结构以及掺杂金属离子的能力，使其成为光催化应用的理想候选材料（Elaouni等人，2022年；Sadiq等人，2023年）。最近的研究探讨了将ZIF-8转化为碳基复合材料的方法，这些复合材料可作为高效的有机污染物降解光催化剂（S. Chen等人，2025年；Ren等人，2025年）。此外，在这些复合材料中掺入TiO?可以通过改善电荷分离和扩展光吸收进一步增强其光催化活性（Ali等人，2024年；Wang等人，2025年；Zeng等人，2016年）。

许多研究通过引入次要组分（如金属掺杂剂（Abdi，2020年；Angela等人，2021年；Wu等人，2025年）、碳质材料（Ren等人，2025年；Singla等人，2021年）和聚合物（Plengplung等人，2021年；Wang等人，2024年；包括PVP（Singla等人，2021年；M. Yin等人，2023年））来提高ZIF-8作为吸附剂和ZnO前体的性能。在光催化剂中，PVP衍生的碳或富含缺陷的结构可以抑制颗粒聚集，促进界面接触，并减少电子-空穴复合，从而提高光催化效率（Al-Wasidi等人，2025年）。这些综合效应有助于提升ZIF-8衍生材料的吸附和光催化性能。

尽管在BPA的光催化降解方面取得了进展，但仍存在一些挑战。开发具有高效率、稳定性和可回收性的光催化剂仍是当前研究的重点（Mojiri等人，2025年）。此外，开发能在可见光下工作并对BPA降解具有高选择性的光催化剂是一个关键的研究方向（Nguyen等人，2019年）。要解决这些挑战，需要设计结合碳材料、MOFs和半导体组分优点的新光催化材料。

本研究旨在利用PVP辅助的MOFs（PVP/ZIF-8和PVP/ZIF-8/Ti）制备ZnO/C和ZnO/TiO?/C光催化剂，用于水中的BPA降解。该方法的创新之处在于将PVP辅助的MOFs合成与碳材料结合，以创造具有增强性能的光催化剂，包括可控的形态、改进的比表面积和高效的电荷分离。本研究的目标是评估这些材料在常温和UVC光照射下的光催化性能，以及研究BPA在水中的吸附/降解情况。通过实现这些目标，本研究旨在为从受污染的水源中去除BPA开发高效的光催化剂。

样本和化学品

含有双酚A（BPA）的水样是通过将BPA溶解在甲醇（MeOH）中制备的，得到浓度为200 mg/L的储备溶液。随后用Milli-Q水稀释该储备溶液，使样品溶液中的BPA浓度达到20 mg/L，用于吸附和光催化实验。BPA（97%）、PVP（95%）、2-甲基咪唑（99%）、六水合硝酸锌（98%）和丁酸钛（97%）均购自Sigma Aldrich（美国），而甲醇...

MOFs衍生光催化剂的合成策略与制备

ZnO/C和ZnO/TiO?/C光催化剂是通过使用PVP/ZIF-8作为牺牲模板，采用MOFs衍生策略制备的，如图1所示，并在第2.2节中有详细说明。在MOFs合成过程中引入PVP以促进碳的形成并提高煅烧后的结构完整性。通过添加钛前驱体，将钛引入PVP/ZIF-8框架中，从而在衍生的复合材料中形成TiO?物种。

结论

本研究成功制备了PVP/ZIF-8和PVP/ZIF-8/Ti衍生的ZnO/C和ZnO/TiO?/C光催化剂，用于高效降解水中的双酚A（BPA）。结构和光学表征证实，钛的引入提高了氧含量、异质结的形成以及载流子的迁移率。ZnO/TiO?/C表现出最佳的比表面积（1036 m2/g）和带隙（2.85 eV），使其光吸收范围扩展到可见光区域。光催化实验显示...

CRediT作者贡献声明

里兹基·费布里安（Rizki Febrian）：撰写——初稿、可视化、验证、软件使用、资源准备、方法论设计、实验设计、概念化。 戴安娜·拉哈尤宁·乌兰（Diana Rahayuning Wulan）：撰写——审稿与编辑、验证、监督、方法论设计、实验设计。 拉登·蒂娜·罗斯玛利纳（Raden Tina Rosmalina）：撰写——审稿与编辑、实验设计、数据分析。 汉妮·梅里纳瓦蒂（Hanny Meirinawati）：撰写——初稿、验证、方法论设计、实验设计、概念化。 尼·卢·乌兰·塞普蒂亚尼（Ni Luh Wulan Septiani）：撰写——

写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本工作时，作者使用了ChatGPT来完善手稿内容。使用该工具/服务后，作者根据需要对内容进行了审查和编辑，并对出版物的内容负全责。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究由印度尼西亚国家研究与创新机构纳米技术与材料研究组织的纳米技术与材料计划资助，项目编号：20/III.10/HK/2024。里兹基·费布里安（Rizki Febrian）得到了印度尼西亚教育捐赠基金（Lembaga Pengelola Dana Pendidikan/LPDP）和印度尼西亚财政部的支持（资助编号：202307210192045）。作者感谢万隆国家先进表征实验室提供的设施和科学支持。