无机印迹光催化剂选择性光降解四环素残留的性能与机理研究

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近些年来,四环素类抗生素的使用十分频繁,它虽然对于临床研究、畜牧养殖业等方面有一定的帮助,但随着其过量使用和滥用,水环境中四环素残留污染问题日益严重,对生态环境和人体健康带来了严重不良影响。与其他有机物污染的治理方法相比,光催化技术具有更加绿色环保、易于控制、对污染物去除效率高等优势,因此,本研究采用光催化技术对水体中四环素残留污染物进行有效治理。四环素残留在水体中属于微量、难以降解的一类污染物,所以,为了提高其降解率,本研究课题在光催化技术的基础上引入了无机印迹技术,来实现四环素残留污染物的高效选择性去除。综上,本研究课题以处理水体中四环素残留污染物为出发点,采用无机印迹修饰的光催化技术来实现选择性光降解四环素残留污染物的目的。通过对不同材料和体系进行系统、深入研究,探索技术和方法上的普适性,旨在为水体中微量、难降解的污染物的高效治理奠定理论和实践基础。主要研究内容如下:(1)以四环素为模板分子,通过无机印迹与光催化技术相结合的方法,利用溶胶-凝胶技术和离子交换法成功制备了棒状的无机印迹Cd2.56O1.56S光催化剂。利用XRD、XPS、TEM、SEM、固体紫外和固体荧光等表征考察了无机印迹Cd2.56O1.56S的结构、组成、形貌和光响应能力等性质。通过光催化降解实验和选择性实验对无机印迹Cd2.56O1.56S的降解活性和选择性进行了考察,并阐述了其选择性机理及光催化降解机理。实验结果表明,无机印迹Cd2.56O1.56S在可见光下对四环素的降解率为74.38%,与Cd2.56O1.56S(47.56%)相比有较大的提高,且与Cd2.56O1.56S相比,无机印迹Cd2.56O1.56S的选择性系数为1.45,表现出了良好的选择性光催化降解性能。(2)以四环素为模板分子,通过简单的一步合成和煅烧的方法成功制备了一种棒状的无机印迹CdO光催化剂。利用XRD、XPS、TEM、EIS、SEM、固体紫外和固体荧光等表征考察了无机印迹CdO的结构、组成、形貌和光响应能力等性质。通过光催化降解实验和选择性实验对无机印迹CdO的降解活性和选择性进行了考察,并阐明了其选择性光催化降解机理。结果表明,无机印迹CdO对四环素的降解率可达93.22%,且与CdO相比,无机印迹CdO的选择性系数为1.74,呈现了其出色的选择性光催化降解能力。(3)以四环素为模板分子,通过水热反应和可见光洗脱的方法成功制备了一种花球状的磁性无机印迹BiOBr/CQDs/Fe3O4异质结光催化剂。通过XRD、HRTEM、TEM、EIS、SEM、固体紫外和固体荧光等表征考察了无机印迹BiOBr/CQDs/Fe3O4异质结的结构、组成、形貌和光响应能力等性质。利用VSM表征证明无机印迹BiOBr/CQDs/Fe3O4异质结能够通过磁铁分离实现回收再利用。通过光催化降解实验和选择性实验对无机印迹BiOBr/CQDs/Fe3O4异质结的降解活性和选择性进行了考察,并系统阐述了其选择性光催化降解机理。结果表明,无机印迹BiOBr/CQDs/Fe3O4异质结在可见光下对四环素的降解率为81.84%,且与BiOBr/CQDs/Fe3O4异质结相比,无机印迹BiOBr/CQDs/Fe3O4异质结的选择性系数为2.02,表现出了卓越的选择性和光催化降解活性。
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