论文部分内容阅读
抗生素的发现和使用,给人类的生产和生活都带来了极大地便利,在过去的几十年间抗生素被普遍应用在人类的医疗、畜牧业和水产养殖业等领域。但是抗生素的滥用,对环境造成了严重的污染,引起人们的担忧。因此,除了防止抗生素的滥用,还要开发有效的技术来解决目前已造成的抗生素污染。近年来半导体纳米材料作为光催化剂在降解有机污染物方面表现出良好的性能。光催化技术具有成本低,绿色环保,操作简单等优点,是一种能够有效解决抗生素污染的技术手段。钛酸锶(SrTiO3)具有介电常数高、介电损耗低、热稳定性好、没有缺陷和复合中心、结构和化学性质稳定、无毒、抗光腐蚀、廉价等优良性能,是继TiO2之后更具有潜力的光催化剂,遂成为本领域中新的研究热点。然而,SrTiO3禁带宽度为3.2 eV,仅能在紫外光区响应。为了节约能源和资源,保护生态环境和实现可持续发展,在本文中我们分别采用Mn掺杂SrTiO3以减小禁带宽度;复合 CdS半导体,在复合界面实现电子转移;复合 Ag3PO4半导体,在复合界面实现空穴转移三种手段对SrTiO3进行改性。利用各类表征测试对改性后复合光催化剂的结构、形貌和光学性质做了研究,并以抗生素为目标降解物,评价其在可见光下的光催化活性。 本论文的主要研究内容如下: (1)利用水热法合成Mn掺杂SrTiO3纳米立方块复合光催化剂。一系列的表征手段证明Mn元素以+4价掺杂的形式进入SrTiO3晶格,在SrTiO3价带和导带之间引入杂质能级,使其禁带宽度减小,从而在可见光响应。Mn的掺杂量对光催化活性也有着一定的影响,当掺杂量为5 at%时,复合光催化剂的光催化性能最好,在60 min可见光辐照下对四环素的降解率可达66.7%。通过捕获实验和电子顺磁共振详细分析Mn掺杂SrTiO3光催化降解四环素的机理。 (2)利用两步水热法合成SrTiO3纳米立方块包覆CdS微球复合光催化剂。复合材料在可见光下的光催化活性较两个单体有明显的提高,这主要是缘于两种半导体之间形成异质结构,CdS导带上的电子有效的传递到SrTiO3表面,促进电子-空穴对有效地分离。SrTiO3/CdS具有广泛的光催化活性,能够在可见光下高效的降解废水中的环丙沙星、盐酸恩诺沙星、甲磺酸达诺沙星、土霉素、左氧氟沙星五种抗生素。并且以环丙沙星为例探讨了降解过程的机理,证明?O2-在氧化还原过程中起了最主要的作用,?OH起了辅助作用。 (3)利用原位生长法合成了SrTiO3/Ag3PO4新型异质结复合光催化剂,通过XRD、SEM、XPS、UV-vis等表征证明SrTiO3和Ag3PO4成功复合在一起。当Ag3PO4负载的质量比为0.5时,在可见光下以四环素为目标降解物的光催化过程中,活性达到最高。复合物的光催化活性提高主要是Ag3PO4上的空穴能够快速的转移到 SrTiO3的表面,加快异质结界面上电子-空穴的分离。最后,通过捕获实验和电子顺磁共振详细分析SrTiO3/Ag3PO4光催化降解四环素的机理,证明空穴和?OH在降解过程中起了主要作用。