【摘 要】
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随着我国城市化、工业化脚步的不断加快,给水环境带来一定的污染危机,尤其是水环境中的抗生素类污染物无法高效去除。抗生素类污染物属于难降解有机污染物,其本身又蕴含着大量化学能,环丙沙星作为一种典型的广谱抗生素,长期暴露于水环境中会危及人类身体健康。但目前传统的废水处理方法难以高效去除抗生素类污染物且无法回收其中的化学能。光催化燃料电池是一种废水资源化的绿色技术,在降解有机污染物的同时输出电能。光催化燃
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随着我国城市化、工业化脚步的不断加快,给水环境带来一定的污染危机,尤其是水环境中的抗生素类污染物无法高效去除。抗生素类污染物属于难降解有机污染物,其本身又蕴含着大量化学能,环丙沙星作为一种典型的广谱抗生素,长期暴露于水环境中会危及人类身体健康。但目前传统的废水处理方法难以高效去除抗生素类污染物且无法回收其中的化学能。光催化燃料电池是一种废水资源化的绿色技术,在降解有机污染物的同时输出电能。光催化燃料电池工作效率的关键就是光阳极材料的选择,TiO2作为首个被用于光阳极的光催化材料,因制备成本较低且绿色无害备受关注。但其对太阳光的利用率较低、光生电子-空穴对易复合且大多为粉末状,这些缺点大大限制其应用到光催化燃料电池中的潜力。采用在泡沫镍基底上原位生长TiO2基光阳极材料的方法,利用带隙适合的半导体构建异质结能加快光生电子-空穴对的分离,抑制其复合,提升光催化燃料电池体系的工作效率。在泡沫镍基底上通过水热及高温煅烧的方法以钛酸四丁酯为前驱体制备了TiO2纳米颗粒,泡沫镍突出的导电性有效加快光生载流子的分离速率。一系列表征测试分析表明,其具备良好的光电性能,在光催化燃料电池体系中3 h内能降解85%的环丙沙星,五次循环实验后仍保持较高的去除率。引入带隙合适的金属半导体Bi2O3,构建Z型异质结构的TiO2/Bi2O3复合材料为光阳极,减小了禁带宽度,提高光利用率,以该材料为阳极的光催化燃料电池体系进一步提升了光催化降解效率和产电性能,2 h内能降解95%的环丙沙星,短路电流密度和最大输出功率密度分别为3.227 m A/cm~2,0.608 m W/cm~2,采用自由基捕获及电子自旋顺磁共振测试分析光催化燃料电池的工作原理。利用水热法将g-C3N4复合到TiO2/Bi2O3中,构建三元复合光阳极材料,形成交错的能带结构,进一步提升光电性能,扩大可见光响应范围,提升光催化燃料电池工作效率,90 min内去除98%的环丙沙星,三元复合可以加快光生载流子分离效率。通过LC-MS分析环丙沙星可能的降解路径,为去除水环境中的环丙沙星并同时产电提供理论依据。
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