论文部分内容阅读
近年来,未经有效处理的抗生素废水直接排放于环境中,对环境造成了严重的污染,如何有效处理抗生素废水已成为亟待解决的问题。半导体光催化作为一种简单高效且无二次污染的绿色氧化技术,在处理抗生素废水方面具有巨大的应用前景。溴氧化铋（BiOBr）是一种新型半导体光催化剂,因具有合适的禁带宽度,较强可见光吸收能力,稳定的物理化学性质等优点被广泛应用在光催化降解污染物方面,但是由于自身存在光生电子-空穴对复合速率过快等问题,使其光催化效率难以提高。为了使光催化剂达到较高的降解效率,我们将零维（0D）硫化锌（ZnS）、一维（1D）碳纳米管（CNTs）、二维（2D）石墨相氮化碳（g-C3N4）和氧化石墨烯（GO）与2D溴氧化铋纳米片复合,构筑了三种BiOBr基复合光催化材料,包括:ZnS/BiOBr纳米复合光催化剂、CNTs/BiOBr纳米复合光催化剂、g-C3N4/GO/BiOBr纳米复合光催化剂。探究了复合光催化剂结构组成、微观形貌、光吸收能力以及光生电子-空穴对的分离、转移效率对光催化性能的影响,并提出复合材料的光催化机制,具体研究内容如下:（1）采用水热法制备出一系列不同ZnS含量的ZnS/BiOBr复合光催化剂。通过XRD、Raman、XPS对复合材料的组成进行表征。通过SEM、TEM对复合材料的微观结构进行观察,发现ZnS纳米颗粒呈直径20 nm左右的球状,均匀附着在BiOBr纳米片上。紫外-可见光吸收光谱表明ZnS/BiOBr复合材料拥有较BiOBr更广的光吸收范围。光照条件下,2.5%ZnS/BiOBr复合光催化剂能够在25分钟降解掉82%的四环素,拥有较高的光催化降解效率。通过光电流响应、电化学阻抗（EIS）以及捕捉剂实验确定了催化反应过程中电荷的转移路径以及起主要催化作用的活性基团,并提出了可能的光催化反应机制。（2）以CNTs作为助催化剂,通过水热合成法制备了一系列不同CNTs含量的CNTs/BiOBr复合光催化剂。通过XRD、FT-IR、Raman、XPS等手段对材料的组成进行表征。通过SEM、TEM对样品的微观形貌进行观察,发现碳纳米管呈直径为20 nm左右的管状,附着在BiOBr纳米片上。通过紫外-可见光吸收光谱可以得知CNTs/BiOBr复合材料的光吸收能力明显增强。1%CNTs/BiOBr具有最好的光催化降解四环素的能力,光照条件下,1%CNTs/BiOBr复合光催化剂25分钟能够降解85.5%的四环素。通过光电流响应、电化学阻抗和捕捉剂实验对光催化反应中光生载流子的转移路径进行探究,并提出了复合光催化剂的降解机制。（3）采用水热法制备出g-C3N4/RGO/BiOBr复合纳米光催化剂。通过XRD、FT-IR、Raman、XPS等表征手段证明复合材料中g-C3N4、RGO和BiOBr材料的存在。通过SEM、TEM对复合材料的微观形貌进行观察,可以发现三相良好的复合到一起,并且由于g-C3N4和RGO的加入,BiOBr纳米片尺寸有明显的减小。g-C3N4/RGO/BiOBr复合光催化剂对于四环素的光催化降解能力明显高于单相以及两相复合材料,在50分钟降解率达到92.1%。通过光电流响应、电化学阻抗和捕捉剂实验对催化过程中载流子的转移路径进行探究并确定了催化反应中起主要作用的活性基团,基于此提出了可能的Z-scheme降解机制。