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，結構穩定難以實(shí)現快速自然降解。ODA和DMP在鹽湖體系中的富集，不僅對鹽湖生態(tài)環(huán)境構成潛在威脅，還對鉀鹽及其他高品質(zhì)鹽湖化工產(chǎn)品開(kāi)發(fā)造成不利影響。因此，對鉀浮選藥劑開(kāi)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(kāi)發(fā)利用過(guò)程中亟需關(guān)注的問(wèn)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，結合高原地區自然光輻照強度大等優(yōu)勢，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，考察其對可見(jiàn)光的吸收利用，并對雙缺陷結構改性鉍酸鹽光催化劑的催化作用機制開(kāi)展深入剖析。研究發(fā)現，在水熱制備Bi2WO6過(guò)程中加入適當比例的還原劑（EG）和刻蝕劑（NaOH），可以實(shí)現“一鍋法”在Bi2WO6納米片的中心和邊緣區域分別構筑O缺陷和W缺陷，強化提升鉍酸鹽的催化性能。機理研究發(fā)現：在雙缺陷結構材料（BWO-ES）中，W缺陷作為負電荷中心，O缺陷充當局部的正電荷中心。當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，促使材料的內建電場(chǎng)強度提升2.74倍，為光生電子-空穴對的有效分離提供了內部驅動(dòng)力，從而抑制光生載流子的復合，表現的瞬態(tài)熒光壽命由BWO的1.61 ns提升至BWO-ES的2.63 ns。此外，O缺陷的構筑降低了材料的帶隙（2.78 ev→2.54 eV），拓展了材料的光響應范圍（446 nm→488 nm）。在可見(jiàn)光（λ≥400 nm）照射下，BWO-ES對十八胺（ODA）和十二烷基嗎啉（DMP）的降解速率分別達到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)現鹽溶液中ODA、DMP的完全礦化。
此項研究在提升鉍酸鹽材料光催化活性的同時(shí)，通過(guò)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）結構在光催化過(guò)程中因O2吸附和活性物種氧化而失活的問(wèn)題，在循環(huán)實(shí)驗中未見(jiàn)活性降低。本研究不僅拓展了缺陷構筑改性光催化材料的設計思路，高鹽度體系中的適用性還為可見(jiàn)光驅動(dòng)實(shí)現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1區，JCR一區）接受，青海鹽湖所葉秀深研究員和張思遠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)院基礎研究青年團隊計劃項目（YSBR-039）、青海省國際合作項目（2025-HZ-803）以及青海省昆侖英才人才項目的支持。
圖1 缺陷性鉍酸鹽材料制備過(guò)程示意圖
圖2 BWO-ES材料的缺陷分布表征
圖3 BWO-ES材料的催化性能強化及浮選劑降解機制
圖4 BWO-ES材料自然光下對鉀鹽浮選劑的催化降解行為
審核：葛飛
