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环境中过量的抗生素污染已经成为了一个亟待解决的问题，引起了人们的广泛关注。半导体光催化技术在处理水中有机物上表现出日益显著的优越性，而制备高效稳定的可见光光催化剂成为其实际大规模应用的关键。传统的光催化剂多为纳米粉末，沉于水底无法有效利用光能、回收成本高、易造成二次污染等缺点严重限制了其处理污水的实际应用。碳纤维（布）材料因其机械性能较强、导电性和柔韧度高、密度低，耐腐蚀等特点吸引了广泛关注，在负载光催化材料方面具有一定前景。首先以碳纤维为基底生长高效异质结，成功制备了CFs/g-C3N4/BiOBr，为了拓宽光催化剂的光吸收范围，进而制备了CFs/MoS2/BiOBr，这些纤维状材料可以编织成布，在可见光激发下，可高效处理模拟四环素废水。考虑到编布所增加的额外成本，之后又以碳布为基底生长BiOBr/Ag3PO4异质结，并以盐酸四环素为模型污染物研究其光催化活性。论文主要研究内容和成果如下：
1.以碳纤维为基底材料，通过“热缩聚-化学浴沉积”两步法在其表面生长了g-C3N4大纳米片（厚度：~30nm、直径：0.4-1μm）和BiOBr小纳米片（厚度：~25nm、直径：200-500nm）。随后，将长有单组份和异质结的纤维材料分别编织成布作为光催化材料（4×4cm2，0.2g）。当CFs/g-C3N4和CFs/BiOBr布作为光催化材料在可见光的照射120min后，溶液中四环素（20mg L-1,50mL）的浓度分别降低了35.6%和55.1%，而CFs/g-C3N4/BiOBr布作为光催化剂对四环素的降解率高达86.1%。此外，通过调节反应溶液的pH，发现pH在4.6附近时该催化剂对盐酸四环素表现出最高的去除效率。结合捕获剂实验和电子自旋共振测试发现CFs/g-C3N4/BiOBr作为光催化剂在降解盐酸四环素中起作用的活性物种有h+、·O2-和·OH。更为重要的是，用液相色谱-质谱串联检测了TC-HCl降解过程的中间产物，并依此得出一条直接氧化开环脱基团的降解路径和一条污染物先经羟基化后经氧化的降解路径。基于模拟计算的g-C3N4和BiOBr的功函数，导带和价带电位，电子转移情况和检测的主要活性物质，得出g-C3N4和BiOBr在CFs上形成Ⅱ型异质结的结论。
2.为了进一步拓宽光催化材料的光吸收范围，同样以碳纤维作为基底，先通过“水热法”生长一层MoS2纳米薄片（厚度：~5nm、直径：200-400nm），然后在其表面沉积了BiOBr小纳米片（厚度：~25nm、直径：300-600nm）。CFs/MoS2/BiOBr在800nm处的光谱仍然表现出光吸收。同样，将纤维材料分别编织成布作为光催化材料（4×4cm2，0.2g）。CFs/MoS2/BiOBr布作为光催化材料时，可见光照射120min内对盐酸四环素的去除效率高达92.4%，高于单组份的CFs/MoS2（43.2%）或CFs/BiOBr（51.8%）布。此外，其光催化过程还具备还原能力，可以用于去除水中重金属，如六价铬（Cr6+）。在可见光照射120min内对Cr6+的去除率高达90.7%，同样高于单组份的CFs/MoS2（43.6%）或CFs/BiOBr（33.5%）布。更重要的是，在四次连续去除四环素或Cr6+的循环实验后，CFs/MoS2/BiOBr依旧表现出较好的光催化活性，其反应过程中的稳定性和可再循环性得以证实。该材料不仅拓宽了光吸收范围提高对可见光的利用率，而且在降解四环素之余表现出良好的重金属离子还原能力，一体多效，具有较高的实际应用价值。
3.考虑到编织纤维材料这一工序会带来额外的成本负担，改选碳布作为基底材料，首先通过“溶剂热”法生长出BiOBr大纳米片（厚度：~10nm、直径：0.5-1μm），然后利用“化学浴沉积”法负载Ag3PO4小纳米颗粒（直径：50-200nm）。以盐酸四环素作为目标污染物，在可见光照射30min内，CF/BiOBr/Ag3PO4布（4×4cm2）就可以有效降解高达90%的盐酸四环素（20mg L-1,100mL）。基于模拟计算的BiOBr和Ag3PO4的功函数，导带CB和价带VB电位，电子转移情况和检测的主要活性物质，提出了Z型结构电子转移的CF/BiOBr/Ag3PO4光催化机理。
这些工作不仅为制备高效可回收的可见光光催化剂提供了有效途径，更为光催化去除水中的抗生素，净化环境提供了理论和技术的支持。
1.以碳纤维为基底材料，通过“热缩聚-化学浴沉积”两步法在其表面生长了g-C3N4大纳米片（厚度：~30nm、直径：0.4-1μm）和BiOBr小纳米片（厚度：~25nm、直径：200-500nm）。随后，将长有单组份和异质结的纤维材料分别编织成布作为光催化材料（4×4cm2，0.2g）。当CFs/g-C3N4和CFs/BiOBr布作为光催化材料在可见光的照射120min后，溶液中四环素（20mg L-1,50mL）的浓度分别降低了35.6%和55.1%，而CFs/g-C3N4/BiOBr布作为光催化剂对四环素的降解率高达86.1%。此外，通过调节反应溶液的pH，发现pH在4.6附近时该催化剂对盐酸四环素表现出最高的去除效率。结合捕获剂实验和电子自旋共振测试发现CFs/g-C3N4/BiOBr作为光催化剂在降解盐酸四环素中起作用的活性物种有h+、·O2-和·OH。更为重要的是，用液相色谱-质谱串联检测了TC-HCl降解过程的中间产物，并依此得出一条直接氧化开环脱基团的降解路径和一条污染物先经羟基化后经氧化的降解路径。基于模拟计算的g-C3N4和BiOBr的功函数，导带和价带电位，电子转移情况和检测的主要活性物质，得出g-C3N4和BiOBr在CFs上形成Ⅱ型异质结的结论。
2.为了进一步拓宽光催化材料的光吸收范围，同样以碳纤维作为基底，先通过“水热法”生长一层MoS2纳米薄片（厚度：~5nm、直径：200-400nm），然后在其表面沉积了BiOBr小纳米片（厚度：~25nm、直径：300-600nm）。CFs/MoS2/BiOBr在800nm处的光谱仍然表现出光吸收。同样，将纤维材料分别编织成布作为光催化材料（4×4cm2，0.2g）。CFs/MoS2/BiOBr布作为光催化材料时，可见光照射120min内对盐酸四环素的去除效率高达92.4%，高于单组份的CFs/MoS2（43.2%）或CFs/BiOBr（51.8%）布。此外，其光催化过程还具备还原能力，可以用于去除水中重金属，如六价铬（Cr6+）。在可见光照射120min内对Cr6+的去除率高达90.7%，同样高于单组份的CFs/MoS2（43.6%）或CFs/BiOBr（33.5%）布。更重要的是，在四次连续去除四环素或Cr6+的循环实验后，CFs/MoS2/BiOBr依旧表现出较好的光催化活性，其反应过程中的稳定性和可再循环性得以证实。该材料不仅拓宽了光吸收范围提高对可见光的利用率，而且在降解四环素之余表现出良好的重金属离子还原能力，一体多效，具有较高的实际应用价值。
3.考虑到编织纤维材料这一工序会带来额外的成本负担，改选碳布作为基底材料，首先通过“溶剂热”法生长出BiOBr大纳米片（厚度：~10nm、直径：0.5-1μm），然后利用“化学浴沉积”法负载Ag3PO4小纳米颗粒（直径：50-200nm）。以盐酸四环素作为目标污染物，在可见光照射30min内，CF/BiOBr/Ag3PO4布（4×4cm2）就可以有效降解高达90%的盐酸四环素（20mg L-1,100mL）。基于模拟计算的BiOBr和Ag3PO4的功函数，导带CB和价带VB电位，电子转移情况和检测的主要活性物质，提出了Z型结构电子转移的CF/BiOBr/Ag3PO4光催化机理。
这些工作不仅为制备高效可回收的可见光光催化剂提供了有效途径，更为光催化去除水中的抗生素，净化环境提供了理论和技术的支持。