Ag3PO4纳米颗粒修饰MIL-53(Fe)复合光催化剂的制备及其对抗生素的去除研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:RockyZhang111
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经济在不断快速发展,环境污染也日益严峻,环境问题已经成为了关乎民生的大问题,引起了全世界的普遍重视。其中抗生素作为持久性有机污染物,有着容易积累又难以降解的特点,对人体以及生态系统造成了很大的威胁。近些年来,光催化技术以其经济友好,绿色环保,去除效率高等优点在治理环境污染方面脱颖而出。金属有机骨架材料(MOFs)是一种有着高比表面积,孔道结构可调控等优点的多孔材料,吸引了众多光催化领域的学者对其展开了一系列研究工作。其中MIL-53(Fe)是一种制备成本低,具有半导体特性且有着可见光响应的铁基金属有机骨架材料,然而由于其内部电荷分离效率低,电子空穴对极易发生重组,因此MIL-53(Fe)单体表现出较差的光催化性能,有待于进一步提高。改善光催化剂性能的一种可行的方法是选取合适的半导体材料与之构建异质结结构。本论文选取Ag3PO4与MIL-53(Fe)进行复合,具体研究内容如下:第一,通过原位沉积法合成了由Ag3PO4和MIL-53(Fe)组成的新型异质结复合光催化剂,并通过光催化降解四环素(TC),土霉素(OTC),金霉素(CTC)和强力霉素(DCL)这4种抗生素来评估所制备材料的光催化活性。所有制备的Ag3PO4/MIL-53(Fe)复合材料都显示出比Ag3PO4和MIL-53(Fe)单体更高的光催化活性。特别的,质量比为Ag3PO4:MIL-53(Fe)=1:3的复合材料(APM-3)获得了最高的光催化降解效率,可见光下反应1 h对浓度为20 mg L-1的污染物的去除效率分别为93.72%(TC),90.12%(OTC),85.54%(CTC),91.74%(DCL)。此外,APM-3的光催化效率也远高于MIL-53(Fe)和Ag3PO4的物理混合,并且在高浓度条件下对污染物仍然有着较强的去除水平。同时4次循环实验结果表明,APM-3具有良好的光催化稳定性,可回收性能好。第二,采用XRD,FTIR,XPS,SEM,TEM,BET,TG,UV-vis DRS等表征手段对材料进行研究分析,结果证实了Ag3PO4/MIL-53(Fe)复合材料的成功制备,Ag3PO4纳米颗粒紧密负载在MIL-53(Fe)的表面。采用3D EEMs和HPLC-MS测试对TC光降解过程进行了研究,并分析了TC降解中间产物,最终提出了TC可能的降解途径。第三,通过进行自由基捕获实验,并结合ESR测试分析,得出·O2-,h+和·OH自由基都在光催化降解过程中起作用。PL,PC,EIS测试结果表明APM-3有着更高的电荷转移与分离效率。最后,提出了Z型异质结作用机制。在Z型异质结系统中,少部分经还原生成的Ag纳米颗粒成为了电荷传输的桥梁。Z型系统获得了强大的氧化还原能力,并能对光生载流子进行高效分离。
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