光催化技术是一种绿色的、环境友好的水处理技术,在卫生医疗、环境保护、贵金属回收及纺织等领域都有广泛的应用前景。光催化材料的选择至关重要。TiO2、BiVO4因其具有廉价、无毒、性能稳定常用于光催化降解抗生素的过程中。但其仍存在不足,如:易团聚、易失活,以及难以分离回收等。为了提高半导体的分散性及稳定性,防止团聚,有必要选择合适的载体。凹土是一种比表面积大、吸附性强、机械强度高、廉价易得的黏土矿物,在吸附处理抗生素废水过程中具有显著的优势;同时又能够作为载体跟金属氧化物形成稳定的催化剂,提高催化剂的比表面积,使催化活性中心更均匀分散,提高催化效果,在作为光催化剂载体方面具有独特的优势。本论文采用简单的实验方法对凹土进行改性,将Ti(Ⅳ)、Bi(Ⅲ)等具有光催化活性的离子等分别或同时构建在凹土结构中,煅烧形成含有相应金属氧化物的复合矿物黏土,制备出新型的凹土支载TiO2(TiO2-Pal)及凹土支载BiVO4(BiVO4-Pal)复合光催化剂。新型催化剂既能发挥凹土的吸附性能,又能提高复合光催化剂的催化活性,使降解效率大大提高。为了进一步缩小TiO2-Pal的禁带宽度,提高可见光的利用效率,采用液相还原法负载了 p型半导体Cu2O,制备出具有p-n异质结构的凹土支载Cu2O-TiO2复合光催化剂(Cu2O-TiO2-Pal),实现了光生电子和空穴对的有效分离,降低了复合几率,提高了光催化反应的活性。本论文分别制备了 TiO2-Pal、Cu2O-TiO2-Pal和BiVO4-Pal复合光催化剂。结合 SEM、EDS、TEM、FT-IR、XRD、UV-vis、XPS 等分析测试手段,考察了所制备光催化材料的形貌、结构、晶型、能带以及元素形态等物化性质。以四环素类抗生素盐酸四环素(TC)为目标污染物,研究所合成光催化材料的吸附/光催化性能。分别采用KI、异丙醇和对苯醌为自由基捕获剂,考察材料在光催化降解目标污染物过程中产生的主要活性物种,并探讨光催化降解机理。本文以凹土为载体,钛酸四丁酯为前驱体,利用溶胶-凝胶法在凹土表面负载TiO2膜层,经过锻烧实现TiO2锐钛矿晶型的形成,合成TiO2-Pal复合光催化剂。负载过程不会破坏凹土的自身结构,制备的催化剂棒晶长度1～3μm,Ti02膜厚度10～15 nm,分散性好,表面积大,禁带宽度有所降低。对TC的吸附到60 min基本达到平衡,以化学吸附为主,属于单层吸附。以氙灯为模拟太阳光源,以四环素类抗生素TC为降解目标,考察了催化剂用量,体系pH值及负载量对催化效果的影响。模拟太阳光激发下TiO2-Pal的催化活性比Pal有明显提高,与P25接近,光催化反应240 min时,TiO2-Pal对TC的降解效率是Pal的2.3倍。在上述研究的基础上,将采用溶胶-凝胶法制备的TiO2-Pal加入到硝酸铜溶液中,利用水合肼还原的液相还原法制备具有p-n异质结构的Cu2O-TiO2-Pal催化剂。制备的催化剂棒晶长度1～3μm,Ti02膜厚度10～15nm,棒晶的表面均匀的分布细小的Cu2O,分散性好,表面积大,禁带宽度有所降低。其中Ti以锐钛矿TiO2的形式存在,Cu以Cu2O的形式存在。金属元素与总O的比例为1:3,说明样品的近表面区域存在一定的氧空位。对TC的吸附到60 min基本达到平衡,以化学吸附为主,属于单层吸附。以氙灯为模拟太阳光源,以四环素类抗生素TC为降解目标,考察了催化剂用量,Cu/Ti的摩尔比对催化效果的影响。光催化反应240 min时,Cu2O-TiO2-Pal对TC的降解效率和降解一级动力学常数分别是TiO2-Pal的2.63倍和3.58倍。p-n异质结构,使e-和h+对实现了有效分离,降低了复合几率,提高了光催化反应的活性。降解过程中·OH是主要的活性物种。将水洗、酸化、热活化的改性凹土,采用硅烷偶联剂KH550进行表面修饰,采用水热合成法将BiVO4负载到凹土的表面,制备BiVO4-Pal催化剂。BiVO4以单斜白钨矿的形式存在,禁带宽度有所降低。催化剂对TC的吸附到60 min内达到平衡,以化学吸附为主,属于单层吸附。模拟可见光激发下BiVO4-Pal光催化反应240 min后,BiVO4-Pal对TC的降解效率和一级动力学常数分别是BiVO4的1.39倍和2.14倍,TC自身基本不发生光解。可见光催化降解过程中O2.-起主要的作用,h+和·OH在催化过程中起辅助的作用。本论文所制备催化剂对TC的吸附和光催化性能均比负载前有所提高,反应动力学参数也明显增大,充分体现了凹土在作为光催化剂载体方面具有独特的优势。制备的凹土基复合光催化剂稳定性良好,有效的避免了材料使用过程中,表面活性组分的流失,有利于催化活性的充分发挥,负载物质的分散性好。