【摘 要】
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在过去的几年中,抗生素作为是一种新兴的污染物受到了广泛的关注。目前,在世界各地的环境基质中都检测到了抗生素的存在,表明传统水处理方法对存在于水环境中的抗生素的去除效果不佳。因此,有必要开发新的工艺来除去水环境中的抗生素。半导体光催化技术作为高级氧化技术中的一种,由于可以直接利用太阳光,节省能源且绿色环保,而受到了研究者的青睐。近年来,氮化碳(g-C_3N_4)作为一种新型的二维石墨状材料,由于独特
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在过去的几年中,抗生素作为是一种新兴的污染物受到了广泛的关注。目前,在世界各地的环境基质中都检测到了抗生素的存在,表明传统水处理方法对存在于水环境中的抗生素的去除效果不佳。因此,有必要开发新的工艺来除去水环境中的抗生素。半导体光催化技术作为高级氧化技术中的一种,由于可以直接利用太阳光,节省能源且绿色环保,而受到了研究者的青睐。近年来,氮化碳(g-C3N4)作为一种新型的二维石墨状材料,由于独特的光电化学特性,成为了光催化应用中的重要材料。然而由于光生电子-空穴对的高复合效率,g-C3N4单体的光催化效率比较低。为了进一步提高g-C3N4的光催化活性,本文在光催化理论基础和对g-C3N4研究现状的基础上,通过构建基于g-C3N4的复合半导体材料,实现对其光催化活性的提高。复合材料制备成功后,通过一系列表征手段对其进行表征,之后通过光催化降解四环素(TC)测定其光催化性能,并探究了一系列影响因素对复合材料光催化降解TC的影响,最后对复合材料的光催化机理进行了深入的探讨。具体研究结果如下:通过浸渍-煅烧法制备了一系列不同掺杂比的MoS2/g-C3N4和FeS2/g-C3N4复合光催化材料。通过XRD、SEM、TEM、BET、UV-vis、XPS、PL和EIS等表征对复合材料进行了表征。复合材料的光催化活性通过光催化降解TC来测定,同时考察了光催化剂投加量、溶液初始pH值、阴离子等因素对降解效果的影响。最后通过自由基淬灭实验和电子自旋共振(ESR)技术确定了光催化过程中产生的活性自由基,进而研究了复合材料的光催化机理。(1)结果表明,MoS2/g-C3N4复合材料拥有更大的比表面积,有效提高了可见光响应范围以及光生电子-空穴对的分离效率,提高了光催化活性。当MoS2的掺杂量为1.0%时,复合材料的光催化活性最高,光催化降解TC的速率相较于g-C3N4提高了4.7倍。催化剂的最佳投加量为2.0 g/L,降解的最佳pH值为5,同时实验结果显示,20 mM浓度范围内的SO42-和Cl-对材料降解四环素的影响不大。5次循环实验后材料对TC的降解率仍然能够达到70%左右,淬灭实验和ESR结果显示,超氧自由基和空穴在本降解过程中发挥主要作用。(2)对FeS2/g-C3N4复合材料的表征结果显示,负载FeS2拓宽了材料的可将光响应范围,提高了材料的电子-空穴的分离效率。当FeS2的掺杂量为20%时,复合材料的光催化活性最高,光催化降解TC的速率相较于g-C3N4提高了1.93倍,是FeS2的3.89倍。催化剂的最佳投加量为1.0 g/L,降解的最佳pH值为7,同时实验结果显示,20 mM浓度范围内的SO42-和Cl-对材料降解TC基本没有影响。5次循环实验后材料对TC的降解率仍然能够达到70.2%,淬灭实验和ESR结果显示,单线态氧在本降解过程中发挥主要作用,其次是超氧自由基和空穴。
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