Ni掺杂TiO2薄膜电极的光电性能及其对抗生素的降解研究

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本文采用液相沉积法在Ti及ITO基底上采用不同掺杂方法制备了不同浓度(0.1wt.%~0.9%wt.%) Ni掺杂TiO2薄膜,并通过光电流响应(CV)、交流阻抗(EIS)、肖特基曲线(MS)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X-射线衍射(XRD)等现代物理化学手段表征了薄膜的结构形貌和电化学性能,并考察了不同基底不同Ni掺杂方法及浓度对Ni-TiO2薄膜电极电化学性能的影响。结果表明:Ni-TiO2薄膜与基底结合牢固,分布均匀;所制备样品主要为锐钛矿晶型;Ni离子掺杂极大地提高了TiO2薄膜电极的电催化和光电催化性能;相比ITO基底,Ti基底膜电极表现了更好的电化学性能;Ni离子采用一次沉积的掺杂方法更佳,最佳掺杂浓度为0.7wt.%。在论文的第二部分和第三部分中,分别以磺胺甲恶唑(SMZ)和环丙沙星(CF)为目标物,研究了0.7wt.%Ni-TiO2薄膜电极对这两种抗生素的光电催化降解特性。实验结果表明,薄膜电极对SMZ、CF的光电催化降解率高于光催化降解率和电化学降解率之和,表现出一定的光电协同作用,且光电催化降解过程符合一级反应动力学模型。并对污染物初始浓度、外加阳极偏压、溶液pH值、支持电解质浓度、溶解氧等影响因素进行了优化。在最优化条件下,1小时内SMZ和CF光电催化降解率都达到了75%以上,COD去除率达到55%以上。同时对两种污染物光电催化降解的机理进行了初步探讨:首先,在紫外光和羟基自由基的共同作用下,SMZ和CF羟基化,SMZ苯环和异恶唑环断裂,CF哌嗪环和苯环断裂,产生芳香烃中间产物。随着反应的进行,中间产物被·OH进一步氧化生成一些小分子酸,最终被矿化为CO2、H2O和NH4+、NO3-、SO42-等无机离子。
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