Bi12GeO20基复合光催化剂的制备及其光降解四环素性能

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四环素(Tetracycline,TC)作为一种广谱类抗菌素,在人类的医学事业发展上,其使用起着举足轻重的作用。然而,过多的抗生素使用会严重影响甚至威胁人类的健康、环境以及生态的平衡。近年来,随着科学技术和工业的飞速发展,伴随而来的就是环境生态问题。其中,在诸多环境生态问题中,水污染成为当今急需解决的重大环境问题之一。在诸多先进处理方法中,光催化氧化技术由于其具有性能稳定、绿色无污染和成本低廉等优点被广大学者当作一种环境友好型处理技术用于治理水体污染。Bi12GeO20是属于Bi12MO20(M=Ge,Si和Ti)结构氧化物,因其具有特殊的结构和强的光氧化能力而受到广大研究者的关注。但是,由于Bi12GeO20可见光吸收能力差,光生电子-空穴易复合等不足,因此实际应用和生产受到了一定的限制。在本论文中,首先,在Bi12GeO20基础上负载Ag2O纳米粒子,促进了光生电子-空穴的分离;其次,引入CdS纳米颗粒,拓宽了光催化剂的可见光吸收范围;再次,通过负载γ-Bi2MoO6纳米片,提高了光催化剂的吸附性能;最后,通过非金属离子掺杂半导体并同时构建Z-型异质结提高光催化活性。具体研究内容如下:1.通过水热法合成Bi12GeO20微球,而后通过原位生长法将Ag2O纳米粒子生长在Bi12GeO20微球上,制备了Ag2O/Bi12GeO20复合光催化剂。通过多项检测技术手段进行表征分析,而后通过活性物质捕获实验和ESR测试探究其在可见光下降解TC的反应机理。结果表明:所制得的Ag2O/Bi12GeO20纳米复合光催化剂对TC具有较高的光催化降解能力,当Ag2O的含量为20.0 wt%时,降解效果达到了最佳,在120 min内降解效率可以达到65%。2.通过水热法可以分别成功合成Bi12GeO20微球和CdS纳米颗粒,而后再次通过水热法制备CdS/Bi12GeO20二元复合光催化剂。通过一系列分析表征手段对其复合光催化剂进行表征分析,并通过调控CdS纳米颗粒负载量的不同对光降解TC的效果,来确定其最优比例。结果表明:当CdS纳米颗粒的负载量为30.0wt%时,光催化效果达到了最佳,在120 min内,达到82%。3.通过水热法可以成功制备γ-Bi2MoO6纳米片负载的γ-Bi2MoO6/Bi12GeO20二元复合光催化剂。结果表明:γ-Bi2MoO6纳米片的引入不仅能够提高光催化剂的吸附性能,而且可以大大的提高光催化剂对于可见光的吸收能力,促进其对光的利用率。与此同时,γ-Bi2MoO6与Bi12GeO20这种Z型异质结结构可以大大的促进光生电子的迁移效率。Z-γ-Bi2MoO6/Bi12GeO20二元复合光催化剂光催化降解TC的能力在120 min内可以达到77%。4.以KI为I源,通过室温溶液混合法成功制备I-BiOBr纳米片。通过水热法成功制备Bi12GeO20,而后,通过水浴法成功制备I-BiOBr/Bi12GeO20二元复合光催化剂。结果表明:I-掺杂的BiOBr光催化降解四环素的能力远远大于纯相BiOBr,说明非金属离子的掺杂对于半导体的特性有着重要的影响。与此同时,该二元复合光催化剂对于可见光下降解TC有机污染物有着很好的去除能力,在120 min内,达到80%,进一步证明I-BiOBr纳米片的负载对光催化活性的提高起到极大的促进作用。此外,Z型异质结的构建不仅促进光生电子-空穴的分离,而且很好的维持了光生电子-空穴的氧化还原能力。
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