β-环糊精修饰Bi2O3/生物炭复合材料的构建及其对孔雀石绿的高效光催化降解机制研究

针对纺织工业染料废水难降解问题，西安科研团队通过共热解-交联法构建β-环糊精修饰的Bi2O3/生物炭(βCD/Bi2O3/BC)复合材料，在可见光下120分钟实现97.3%的孔雀石绿(MG)降解率，循环5次仍保持80.8%活性。研究揭示超氧自由基(O2?)和空穴(h+)为主导活性物种，为工业废水处理提供新型绿色解决方案。

　　

纺织工业排放的染料废水因其难降解特性对生态环境和人类健康构成严重威胁，其中三苯甲烷类染料孔雀石绿(MG)不仅具有强毒性，还存在致癌风险。传统处理方法面临效率低、成本高、二次污染等问题，开发兼具高效吸附和光催化能力的复合材料成为研究热点。西安某高校研究团队在《Applied Surface Science》发表的研究中，创新性地将β-环糊精(βCD)引入Bi₂O₃/生物炭(BC)体系，构建出具有协同效应的三元复合材料。

研究采用玉米秸秆生物质与五水硝酸铋共热解制备Bi₂O₃/BC基底，通过环氧氯丙烷交联βCD分子，结合X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段确认材料结构。自由基捕获实验和液相色谱-电喷雾电离质谱(LC-ESI-MS)分析揭示了降解机制与路径。

Morphological and structural analysis
扫描电镜显示原始BC具有蜂窝状多孔结构，为Bi₂O₃和βCD提供了负载基质。透射电镜证实Bi₂O₃纳米颗粒均匀分散于BC表面，βCD交联后材料比表面积显著增加。

Conclusion
研究证实βCD通过抑制光生载流子复合、促进电子转移提升光吸收能力。在最佳条件下，0.3 g/L催化剂对60 mg/L的MG溶液(pH=8)表现出97.3%的降解率，降解过程符合一级动力学模型。LC-ESI-MS分析发现MG通过去甲基化、脱氨基和开环反应逐步矿化。

该研究不仅提供了可循环使用的绿色处理材料，更通过分子水平机制解析为染料废水处理提供了新思路。材料中βCD的"外亲水-内疏水"特性有效解决了传统Bi₂O₃/BC复合材料吸附不足的问题，其80.8%的循环稳定性显著优于多数报道的光催化剂。研究获得国家自然科学基金等项目支持，对推动纺织工业可持续发展具有重要意义。