41 / 2025-03-12 11:37:50

原位生成H2O2增效Bi基光催化材料室内空气灭菌技术

空气灭菌；生物气溶胶；Bi2.15WO6；光催化；紫外线

光催化生成氧化自由基是灭活空气中病毒、细菌的有效方法，然而气相催化灭菌的潜在机制仍不清楚。本研究合成了自掺杂Bi_2.15WO₆并制备涂层，在实验室搭建的灭菌实验装置中验证效果，另外采用探针的化学反应方法对光催化产物进行收集并表征。研究结果表明，在Bi_2.15WO₆涂层存在的情况下，当停留时间为12.9s时，E.coli和S. aureus在紫外照射下的LDE（对数灭菌效率）值分别为3.82和3.07，而在UV单独照射的情况下，LDE值分别为2.74和1.76，说明光催化涂层显著提高了LDE。此外，经过30次重复循环后，E.coli和S. aureus的LED分别下降了3%和6%，表明该催化涂层具有较高的稳定性。2,7-二氯荧光素（DCF）荧光实验和SEM分析表明，Bi_2.15WO₆产生的活性氧（ROS）有效地破坏了细胞结构，实现了细胞的完全灭活。N，N-二乙基-对苯二胺硫酸盐（DPD）和自由基捕获实验进一步表明H₂O₂是主要的氧化物质，其产率与LDE值成线性正比。产生的H₂O₂在紫外线照射下进一步分解为 •OH，杀死细菌。由于空气中的H₂O是生成H₂O₂的良好供H体，因此一定程度上增加相对湿度有利于H₂O₂的原位生成。然而，FFA和NBT实验表明，¹O₂和O₂^•-在该杀菌系统中的贡献微弱。拉曼分析和DPD实验进一步证实了，在Bi_2.15WO₆上存在表面≡Bi-OO•超氧和/或≡Bi-OOH过氧基团的中间物质的存在，它们是H₂O₂的前体，阐明了原位生成H₂O₂的机制。此外，与3-D过滤器结合，通过耦合物理拦截的方式，增加UV照射剂量及自由基分布，从而明显提高杀菌效率。本研究不仅丰富了对Bi_2.15WO₆催化涂层在空气中产生的氧化物质的认识，也为气相光催化的强效杀菌机理提供了新的见解。