氮化硼基复合材料对抗生素污染物的降解性能研究

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近年来,由于环境和能源问题引起的污染逐渐引起了人们的关注,尤其是大量存在水中的抗生素引起的水污染。抗生素作为一种有机污染物,长期存在于地表水和饮用水中,给人类的生命安全和自然环境中的生态平衡都带来了巨大的危险。在众多去除水中抗生素污染物的方法中,光催化技术作为一种绿色环保无污染且高效的去除技术引起了人们的广泛关注。最近,氮化硼材料(BN)凭借自身的高热稳定性、高化学稳定性和空穴促进能力,已然成为科研工作者极度关注的材料。本文以BN为研究对象,旨在通过将其与其他半导体材料复合来提高光催化效率。以下为本文详细内容:(1)通过机械球磨法制备的六方氮化硼纳米片(h-BN)为载体,通过溶剂热法成功构建了具有高催化活性的Bi2WO6/h-BN(BWBN)异质结可见光催化剂。值得注意的是,超氧自由基(·O2-)和羟基自由基(·OH)的快速形成得益于异质结的形成,可有效降解污染物。在可见光照射下,BWBN对于四环素(TC)和氧氟沙星(OFX)的降解效率分别达到了99.1%和94.66%。这主要是因为h-BN的加入不但提供了更多的活性位点,还有效改善了电子的转移效率。通过自由基捕获实验,表明空穴(h+)和·O2-是BWBN降解TC过程中的主要活性物质。此外,通过分析TC降解过程中的中间产物揭示了可能的光催化降解途径,并提出了合理的光催化机理。(2)通过对上述氮化硼纳米片进行优化,获得了形状更小且比表面积更大的功能化氮化硼纳米片(BNNSs)。然后通过简单易得的锡盐(SnCl4·5H2O)和硫源(CH4N2S、KSCN和CH3CSNH2),采用水热法制备了不同形貌(六边形纳米片、纳米花和不定形形状)的SnS2/BNNSs复合材料。可见光下OFX的降解结果表明SnS2/BNNSs复合材料相比于纯SnS2具有更高的降解率,且以KSCN为硫源制备的复合材料(S2/BNNSs)则有着更高的降解效率,对OFX的降解率为97.91%。这主要是由于BNNSs的加入不但提供了更多的活性位点,还提高了电子的转移速率。经过自由基捕获实验,表明h+、·O2-和·OH是S2/BNNSs光催化降解OFX过程的主要活性物质。此外,通过降解过程中中间产物的分析,研究了S2/BNNSs降解OFX可能的降解途径,并提出了可能的降解机理。
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