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随着人类社会的进步与发展,化石能源短缺和环境污染成为日益严重的两大问题。各种新兴污染物如药品及个人护理(PPCPs)、内分干扰素(EDCs)以及挥发性有机物(VOCs)等在空气和水体中含量的增加,使得生态环境和人类健康都受到重大威胁。大气水体环境的严峻形势对环境处理技术提出了更高的要求。近些年的研究表明,光催化技术在液相及气相有机污染物降解领域具有稳定可期的发展前景。在众多类型的光催化剂中,TiO2是最具应用前景的一种光催化剂。纳米TiO2光催化氧化技术虽然在研究层面已应用到水体污染物治理、挥发性有机物处理、抗菌抑菌、制氢、固碳、固氮等领域,但是在实际使用过程中仍然存在太阳能利用率低、量子效率低、易团聚、吸附性能差、分离回收再利用困难等问题。高岭石作为一种天然层状矿物,具有诸多优良特性,包括分散、助催化、助回收作用,从而可减少二次污染、降低成本。将纳米TiO2固载于高岭石表面,制备出纳米TiO2/高岭石复合材料,用以治理空气及水体污染,既可以解决目前纳米TiO2分散性差、成本高、回收困难、光生载流子分离效率低等问题,也可以解决高岭石仅可以吸附、无法分解污染物的不足,从而最大限度发挥两者的优势。本文首先采用溶胶凝胶法制备了纳米TiO2/高岭石复合光催化材料,通过正交试验确定了影响因素的主次顺序;系统研究了制备工艺因素对复合材料结构与光催化性能的影响规律及复合材料的构效关系;同时考察了应用条件对TiO2/高岭石复合材料紫外光下降解环丙沙星效果的影响规律及其重复使用性能,揭示了复合材料中高岭石吸附与纳米TiO2光催化的耦合作用机理,得出了 TiO2/高岭石复合材料的优化制备工艺和降解环丙沙星的应用基础。在纳米TiO2/高岭石复合材料可控制备工艺、材料构效关系以及紫外光催化性能的基础上,对纳米TiO2/高岭石复合材料分别进行乙酸质子化改性、氮气气氛诱导产生氧空位改性以及酸溶液中与层片状类石墨氮化碳构建形成类“三明治”结构,实现了可见光响应增强复合光催化材料的可控制备。通过表征三种创新性改性方式对复合材料晶型结构及组成、光学吸收性能、元素价态及变化、孔结构特性、微观形貌、电化学性质和可见光光催化性能的影响,提出了相应的可见光光催化增强机理,揭示了改性纳米TiO2/高岭石复合材料制备工艺、材料结构与光催化性能三者之间的关系。其中乙酸质子化TiO2/高岭石复合材料可见光催化性能增强机理为:乙酸改性使得复合材料中TiO2晶粒尺寸减小,晶格畸变增加,材料整体比表面积增大,平均孔径减小,表面羟基化程度增大。经CH3COOH质子化的TiO2/高岭石复合材料在紫外光和可见光下均表现出比纯TiO2或TiO2/高岭石复合材料更高的环丙沙星(CIP)降解速率,其准一级动力学常数在紫外光和可见光下分别是TiO2/高岭石复合材料的1.57和3.82倍。氮气气氛改性处理TiO2/高岭石复合材料可见光催化性能增强机理为:载体结构效应、带隙能的降低、氧空位中间能级的形成、光吸收能力增强和载流子分离利用效率的提高。氮气气氛改性处理TiO2/高岭石复合材料反应速率常数分别是空气处理TiO2在紫外光、太阳光和可见光下的7.00、2.54和3.13倍。此外,与空气处理TiO2相比,所制备的复合材料在宽光谱范围内对甲醛的降解率提高了近2倍。类石墨氮化碳改性TiO2/高岭石复合材料可见光催化性能增强机理为:类“三明治”结构的构建(g-C3N4/TiO2/高岭石)有效促进了禁带宽度的降低(禁带宽度2.72eV)、TiO2晶粒尺寸的减小(晶粒尺寸14.21nm)、比表面积的增大(比表面积51.596m2/g)、光吸收能力的增强以及光生载流子分离和传输效率的提高。g-C3N4/TiO2/高岭石复合材料在可见光下对环丙沙星表现出较强的光催化活性,其光催化表观反应速率常数分别为纯TiO2、g-C3N4和P25的5.35倍、6.35倍和4.49倍;同时,该复合材料可见光下对金黄色葡萄球菌具有较高的灭活能力。