论文部分内容阅读
四环素(TC)是一种广谱抗生素,在自然环境和污水处理厂中被频繁检出。残留的四环素不仅会污染环境,还会诱导产生抗生素抗性细菌(ARBs)和抗生素抗性基因(ARGs),对生态系统安全和人类健康造成潜在的威胁。TC具有较强的抗菌性和稳定性,常规水处理技术难以将其完全去除,光催化技术是一种环保、高效的高级氧化技术,能够有效降解、去除水体中的难降解有机污染物。在光催化剂中,Bi2WO6具有禁带宽度窄、可见光激发等优点,然而Bi2WO6单体存在可见光吸收效果差,光生载流子复合率高等缺陷。因此,本论文以Bi2WO6、Ti3C2分别为主体光催化剂和助催化剂,构建Bi2WO6/Ti3C2助催化体系,研究Bi2WO6/Ti3C2助催化体系下对TC的降解效果,探讨Ti3C2增强Bi2WO6光催化性能的机理,并初步分析Bi2WO6/Ti3C2在实用中的可行性。主要研究结论如下:(1)采用氢氟酸刻蚀法制备了Ti3C2,然后通过蒸发诱导自组装法将Ti3C2负载在Bi2WO6表面,合成了不同配比的Bi2WO6/Ti3C2复合材料。(2)通过TEM、XRD和XPS表征,证明Ti3C2与Bi2WO6成功复合,形成了较强的界面电子的相互作用。SEM结果表明,Bi2WO6和Bi2WO6/Ti3C2均为纳米片结构,后者表面较粗糙,同时BET表征结果显示,Bi2WO6/Ti3C2的比表面积(58.25 m~2/g)约为Bi2WO6(25.39 m~2/g)的2.3倍,Bi2WO6/Ti3C2具有较大的比表面积,能够提供更多的反应活性位点。通过光电流测试,证明了负载在Bi2WO6上的Ti3C2能有效分离光生载流子,延长光生电子的寿命。UV-Vis DRS表征显示Bi2WO6/Ti3C2对可见光有较高的响应。(3)在可见光照射条件下,以TC作为目标污染物进行光降解实验。TC的光催化降解过程符合准二级动力学,Bi2WO6/Ti3C2复合光催化剂对TC具有更高的光催化活性。当Ti3C2含量为2%时,Bi2WO6/Ti3C2的光催化活性最好,其反应速率常数(0.0152 L·mg-1·min-1)是Bi2WO6(0.0008 L·mg-1·min-1)的19倍,100min内对TC的矿化率可达69.14%。随着TC初始浓度(5~20 mg/L)的增加,TC的去除率降低,BWT-2%适用于浓度低于10mg/L四环素废水的处理。随着p H(3~11)的升高,BWT-2%对TC的去除率先升高后降低,在p H为6.92时达到最高TC去除率(92.68%)。不同阴离子对TC去除率的影响不尽相同,Cl-和NO3-对TC的去除有轻微的抑制作用,其次是HCO3-、CO32-,在SO42-干扰下TC的去除率下降到61.05%。以上结果表明BWT-2%对水质变化具有一定的抗干扰能力。(4)通过自由基猝灭实验和EPR测试,证明Bi2WO6/Ti3C2体系中降解TC的活性物种主要为h+,其次为·O2-,而Bi2WO6体系中的活性物种仅有h+。UV-Vis DRS和VB-XPS表征结果表明Ti3C2与Bi2WO6之间形成的界面相互作用改变了Bi2WO6的价带和导带电位,Bi2WO6/Ti3C2价带的电位更正,产生的光生h+氧化能力更强,提高了Bi2WO6的光催化性能。此外,采用LC-MS检测了Bi2WO6/Ti3C2助催化体系中TC的降解产物,并分析了TC可能的降解途径。(5)四次循环实验后,Bi2WO6/Ti3C2仍保持较高的TC去除率(71.25%),再生前后Bi2WO6/Ti3C2的晶型无明显变化。通过大型蚤的急性毒性实验,可知降解溶液对TC的EC50约为55 mg/L,Bi2WO6/Ti3C2降解TC过程中,降解溶液的急性毒性先增大后减小,反应结束后溶液急性毒性低于初始溶液的急性毒性。Bi2WO6/Ti3C2能有效去除不同类型的污染物,对活性红(CR)、土霉素(CTC)、甲基橙(MO)、诺氟沙星(NOR)和氧氟沙星(OFL)的去除率分别为94.42%、95.44%、84.38%、71.78%、50.71%。综上,本研究合成的Bi2WO6/Ti3C2复合光催化剂具有合成方法简便、光催化效率高、循环利用性能好等优点,具有一定的应用前景。