【摘 要】
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在过去的二十年中,药物与个人护理产品(PPCPs)因其对人类和生态系统的潜在影响而受到越来越多的关注。高级氧化技术(AOPs)已被用于处理各种水基质中的PPCPs,在这些氧化方法中,可见光催化技术是一种低成本,温和且环保的方法。二氧化钛(TiO_2)作为应用广泛的光催化剂,却因其带隙较宽、光生电子-空穴对复合快等缺陷严重制约着其在可见光下的应用。本文主要设计合成了S掺杂的无定形TiO_2(S-Ti
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在过去的二十年中,药物与个人护理产品(PPCPs)因其对人类和生态系统的潜在影响而受到越来越多的关注。高级氧化技术(AOPs)已被用于处理各种水基质中的PPCPs,在这些氧化方法中,可见光催化技术是一种低成本,温和且环保的方法。二氧化钛(TiO2)作为应用广泛的光催化剂,却因其带隙较宽、光生电子-空穴对复合快等缺陷严重制约着其在可见光下的应用。本文主要设计合成了S掺杂的无定形TiO2(S-TiO2)以及S-TiO2/C3N4可见光催化材料,分别用于降解甲基橙和典型的羧酸类PPCPs污染物氟比洛芬(FLBP),具体研究工作如下:(1)提出了制备S掺杂的无定形TiO2(S-TiO2)可见光催化剂的方法,并成功制备出S-TiO2可见光催化剂。通过XRD、SEM、TEM、XPS、FTIR、TG等表征手段对其进行表征,结果表明样品中的TiO2为无定形,S以S6+形式存在于样品之中。通过UV-vis DRS检测结果计算该催化剂的禁带宽度为2.91eV。制备条件的改变会影响S-TiO2催化剂的催化性能,3%(S:Ti摩尔比)S-TiO2催化剂在可见光下有较好的光催化降效果,在催化剂用量0.4g·L-1甲基橙浓度为5mg·L-1体系中反应240min,甲基橙的降解率达到90%。所制备的S-TiO2催化剂能在可见光下有效降解FLBP,给定条件下(FLBP浓度为10mg·L-1,催化剂浓度为0.6g·L-1)240min内FLBP的降解率可达到91.7%。自由基捕获实验结果表明降解过程中的主要活性物种为光生空穴(h+),还有少量的羟基自由基(·OH)和超氧自由基(O2-)。通过LC-MS检测了降解FLBP过程中的中间产物,分析了FLBP的降解途径。(2)采用溶胶-凝胶法和低温煅烧法制备出S-TiO2/C3N4可见光催化剂。通过XRD、TEM、XPS、FTIR、TG等表征方式对催化剂进行了表征分析,表明S-TiO2以掺杂的方式与层状C3N4形成复合光催化剂材料。制备条件的改变会影响S-TiO2/C3N4催化剂的催化性能,Ti:C3N4摩尔比为1/1时,S-TiO2/C3N4催化剂在可见光下有较好的光催化降解效果,催化剂用量0.6 g·L-1,甲基橙浓度为5mg·L-1,该体系反应120min甲基橙的降解率达到97.9%。所制备的S-TiO2/C3N4催化剂能在可见光下有效降解FLBP,给定条件下(FLBP浓度为10 mg·L-1,催化剂浓度为0.6 g·L-1)90min内FLBP的降解率可达到99.1%,比单独的S-TiO2催化剂降解FLBP效果要好的多,表明S-TiO2和C3N4之间存在协同作用。自由基捕获实验结果表明降解过程中的主要活性物种为光生空穴(h+)和羟基自由基(·OH),表明S在可见光激发下S-TiO2/C3N4催化剂相比于S-TiO2能产生更多的羟基自由基(·OH)用于催化降解有机污染物。
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