环境污染问题已成为制约现代人类社会发展的重要因素,其中水体中抗生素残留引起的污染已严重影响到环境生态平衡及人类身体健康。因此,去除水体中抗生素残留以改善水体环境是目前亟待解决的问题。光催化技术具有操作简单、效率较高、绿色环保等优势,在水体污染物治理方面具有广泛的应用前景。光催化技术的关键在于设计和制备高效的光催化剂,在诸多被广泛研究的半导体光催化剂中,TiO₂、BiVO₄和Co₃O₄光催化材料由于理化性质稳定、无毒无害等优势在环境净化方面具有潜在的应用价值。但是,单一光催化剂分散性差、比表面积小等限制了半导体的光催化活性。酵母菌具有碳元素含量高、来源广泛、绿色环保等优点被认为是理想的碳源,由酵母菌制备的酵母炭内部具有丰富的孔道结构且吸附性能良好,是一种较好的催化剂载体材料,与半导体光催化剂构建复合材料可以有效地解决单一催化剂分散性较差、比表面积小等问题,从而提高光催化活性。由于缺少有效的分离技术,粉体复合材料通常难以回收再利用,制约其实际应用。因此,将磁性半导体材料引入到光催化材料体系中,可赋予其优异的磁分离功能,进而提高回收再利用效率。综上所述,本论文以酵母菌为碳源,构建酵母炭基磁性复合光催化剂,并将其应用于降解水环境中的抗生素残留。利用多种表征手段系统地考察所制备的酵母炭基磁性复合光催化剂的结构特征和理化特性,同时研究其降解抗生素残留的性能,阐明了酵母炭基磁性复合光催化剂的构效关系和光催化降解反应机制。本论文研究的主要工作如下:1.酵母炭/钛基磁性复合光催化剂的制备及其光催化性能研究（1）以酵母菌为碳源,采用水热法、溶胶凝胶法及高温煅烧法合成Fe₃O₄@TiO₂-C磁性复合光催化剂。利用XRD、SEM、EDS、TEM、HRTEM、UV-vis DRS、FT-IR、XPS、Raman、VSM、ESR等一系列表征手段对Fe₃O₄@TiO₂-C磁性复合光催化剂的晶体结构、样品形貌、光吸收能力、磁性性能、自由基种类等进行了分析。考察了不同反应温度对合成样品降解抗生素活性的影响,当反应温度为300 ^oC,Fe₃O₄@TiO₂-C-300的降解活性最高,在120 min内四环素（TC）的降解率到达82.6%。光催化反应机理研究表明,酵母炭能够有效地促进光生载流子的分离效率,提高光催化活性。（2）以酵母菌为碳源,采用溶剂热法、自组装法和高温煅烧法制备出Fe₃O₄@mTiO₂/C磁性复合光催化剂。利用多种表征手段对合成样品的微观结构和理化性质进行了系统地研究。光降解实验结果表明,Fe₃O₄@mTiO₂/C显示出最佳的降解效果,60 min之内,在可见光下TC的降解率达到64%。同时研究了Fe₃O₄和酵母炭的双敏化和双导电作用对光降解水体中TC活性的影响机制。通过自由基捕获实验和ESR技术测试表明,光催化降解过程中的主要活性物种是·O₂^-、h⁺和·OH。2.酵母炭/铋基磁性复合光催化剂的制备及其光催化性能研究（1）首先,通过水热法合成Fe₃O₄纳米粒子和哑铃状BiVO₄,然后以酵母菌为碳源合成Fe₃O₄/C磁性复合材料,再将Fe₃O₄/C磁性复合材料与哑铃状BiVO₄进行自组装,制备出Fe₃O₄/C/BiVO₄磁性复合光催化剂。通过不同的表征手段对所制备样品的理化性质进行系统地分析。通过调节Fe₃O₄/C的含量考察Fe₃O₄/C/BiVO₄磁性复合光催化剂对降TC活性的影响。当Fe₃O₄/C的含量为5%时,Fe₃O₄/C/BiVO₄表现出最佳的光催化活性,60 min之内,在可见光下降解率达到83%。此外,通过探讨Fe₃O₄/C/BiVO₄光催化降解TC的机理表明,光催化降解过程中的主要活性物种是h⁺、·O₂^-和·OH。（2）以酵母菌为碳源,采用一步法成功将Co₃O₄/BiVO₄ p-n结磁性复合材料负载于块状形貌结构的酵母炭表面,制备出Co₃O₄/BiVO₄/C磁性复合光催化剂。通过一系列的表征手段对合成Co₃O₄/BiVO₄/C样品的理化性质（如形貌结构、光响应能力、磁性性能、活性物种种类、电化学性能等）进行了分析。考察了不同Co²⁺/BiVO₄摩尔比对光催化降解TC性能的影响。当Co²⁺/BiVO₄摩尔比为0.05时,在可见光下Co₃O₄/BiVO₄/C-5的光催化活性最高,120 min之内,降解率达到83%。详细研究了p型半导体Co₃O₄和n型半导体BiVO₄的价带和导带的位置以及复合材料的构筑关系。通过Co₃O₄/BiVO₄/C光催化降解TC反应机理表明,酵母炭修饰的p-n结体系能够有效地促进电子的迁移速率,提高光催化活性。3.酵母炭/钴基磁性复合光催化剂的制备及其光催化性能研究（1）以酵母菌为碳源,采用水热法、自组装法和高温煅烧法成功合成Fe₃O₄@C/Co₃O₄磁性复合光催化剂。通过一系列的表征手段对所制备的Fe₃O₄@C/Co₃O₄磁性复合光催化剂的理化性能（如形貌结构、光响应能力、磁性性能、电化学性能等）进行了分析。考察了不同碳含量对催化剂活性的影响,当碳含量为0.3 g时,Fe₃O₄@C/Co₃O₄-0.3表现出最佳的光催化活性,在可见光下反应120 min,TC的降解率达到80%。此外,通过分析UV-vis DRS和价带谱,计算出Co₃O₄半导体的价带与导带的位置,结果表明Co₃O₄导带上的电子与O₂反应生成·O₂^-。通过对Fe₃O₄@C/Co₃O₄光降解TC的中间产物及光催化机理分析表明,光催化降解过程中的主要活性物种是h⁺、·O₂^-和·OH。（2）以酵母菌为碳源,通过水热法和自组装法成功制备出酵母炭修饰的g-C₃N₄/Co₃O₄ Z型异质结磁性复合光催化剂（g-C₃N₄/Co₃O₄/C）。利用XRD、TEM、HRTEM、EDS、UV-vis DRS、XPS、VSM、ESR、光电流、阻抗等一系列表征手段对样品的理化性质等进行了分析。光催化实验结果表明,g-C₃N₄/Co₃O₄/C Z型异质结磁性复合光催化剂具有最佳的光催化活性,120 min之内,在可见光下的降解率达到79%,说明酵母炭修饰的Z型异质结体系能够促进载流子的分离效率,从而提高光催化活性。详细地计算出g-C₃N₄半导体与Co₃O₄半导体的价带与导带的位置,结果表明两种半导体光催化剂可以构筑成Z型异质体系。通过自由基捕获实验和ESR技术测试结果表明,光催化降解过程中的主要活性物种是·O₂^-、·OH和h⁺。