钨氧化物-氧化铈/壳聚糖纳米复合材料在阳光照射下光催化降解污水中亚甲基蓝的合成与表征研究

推荐：本研究针对工业废水中有机染料污染问题，通过沉淀法制备CeO2/WO3与CH(壳聚糖)复合纳米材料，开发出具有高效可见光响应的CH/CeO2/WO3三元复合光催化剂。研究发现该材料在酸性条件下对亚甲基蓝(MB)降解率达95%，且展现显著抗菌活性，为环境污染物治理提供新型解决方案。

　　

随着工业快速发展，纺织、印染等行业排放的有机染料废水已成为严峻的环境问题。其中亚甲基蓝(MB)作为典型阳离子染料，不仅造成水体污染，更可能通过生物累积引发致癌风险。传统处理方法如生物降解效率不足40%，而半导体光催化技术虽具潜力，却面临可见光利用率低、电子-空穴复合率高等瓶颈。氧化钨(WO₃)作为n型半导体虽具有3.2eV带隙和良好稳定性，但其光催化性能受限于快速电荷复合。

为突破这些限制，研究人员通过创新性的材料设计，将稀土元素铈(Ce)与WO₃复合，并引入生物聚合物壳聚糖(CH)，构建了三元杂化纳米体系。该研究采用沉淀结合超声法制备系列材料，通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、场发射扫描电镜(FESEM)等技术系统表征材料特性，并评估其在模拟太阳光下的MB降解效率与抗菌性能。

材料制备与表征方面，研究首先通过pH调控的沉淀法合成CeO₂纳米颗粒，经500°C煅烧获得立方晶相结构。随后通过共沉淀将CeO₂与WO₃复合，最后通过超声辅助将壳聚糖引入体系形成CH/CeO₂/WO₃杂化材料。紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)显示复合材料吸收边明显红移，带隙从纯CeO₂的3.0eV降至2.6eV，显著提升可见光捕获能力。

光催化性能研究发现，在pH=2的酸性条件下，CH/CeO₂/WO₃对MB的降解率高达95%，遵循准一级动力学模型。机理分析表明，Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原对与WO₃形成的异质结有效分离光生电荷，而壳聚糖的引入不仅改善材料分散性，其丰富的官能团还提供额外活性位点。值得注意的是，材料经5次循环使用后仍保持78.5%的降解效率，XRD证实其晶体结构稳定性良好。

抗菌实验显示，CH/CeO₂/WO₃对革兰氏阴性菌大肠杆菌(E. coli)和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(S. aureus)均表现出剂量依赖性抑制效应，在100μL浓度时抑菌圈直径分别达25.4±0.854mm和24.3±0.416mm，显著优于单一组分材料。

该研究创新性地将稀土氧化物、过渡金属氧化物与生物聚合物有机结合，开发的CH/CeO₂/WO₃杂化材料兼具高效光催化活性和抗菌功能，在环境修复领域展现出重要应用价值。特别是材料在酸性条件下的卓越性能，为处理工业酸性废水提供了新思路。未来研究可进一步优化材料制备工艺，探索其在复杂实际废水体系中的应用潜力。