铋系光催化剂的制备及其降解盐酸四环素性能的研究

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能源短缺和环境污染问题一直是人们关注的热点。全球工业的快速发展,导致化石燃料被大肆消耗,工业生产、化石燃料燃烧和化学物质大量使用所产生的有害物质排放到空气、水体及土壤中,严重污染环境和危害人们的身体健康。盐酸四环素(TCH)是一种常见的抗生素,TCH残留在环境中时可诱导抗微生物药物耐病原体的产生,而且TCH很难被消除,长期存在身体中时严重危害人类健康。一些传统的处理TCH的方法,如:物理吸附和生物降解等过于繁琐,且加工成本高,抗菌性能差。光催化技术由于其绿色无污染,操作和设备相对简单等优点而被视为是可降解TCH的新型技术。卤氧化铋BiOX(X=F,Cl,Br,I)是一类有特殊层状结构的半导体光催化剂,且具有大的比表面积和内建电场,因而被广泛运用到了光催化反应中。但BiOX单独作为催化剂时,电子-空穴对分离弱、载流子传输慢。为提高材料的电荷传输速率,减少光生电子与空穴复合,本文以BiOX为研究对象,主要通过利用具有大比表面积和良好导电性的二维材料对BiOX进行了一系列的改性,研究其对TCH的降解。二维助催化剂可以和层状BiOX结合后使复合物比表面积增大,促进光生电子的传输,提高光生载流子的分离效率,主要研究内容及其结果如下:(1)通过简单的沉淀法合成了一系列BiOCl/x%β–Bi2O3复合催化剂,并以TCH作为降解目标研究其对环境污染物的光催化降解。实验结果表明:在模拟太阳光下,BiOCl/10%β–Bi2O3对TCH的降解率可达78%,表现出优异的光催化降解性能。循环实验表明,BiOCl/x%β–Bi2O3复合催化剂具有优异的循环稳定性。(2)为提高对太阳光的利用效率,在上述材料引入I元素对BiOCl进行掺杂修饰,并且不会改变其二维结构的特点,成功制备出可响应可见光的BiOCl0.9I0.1/x%β–Bi2O3复合催化剂,进一步通过SEM,TEM和XRD等一系列手段对样品进行了分析表征,并在模拟太阳光的照射下通过对水中TCH的降解评价了样品的光催化活性。与纯BiOCl0.9I0.1和纯β–Bi2O3相比,复合催化剂BiOCl0.9I0.1/x%β–Bi2O3表现出更优异的光催化活性,其中,BiOCl0.9I0.1/15%β–Bi2O3对水中TCH的降解率可达82.4%,同时循环实验表明,BiOCl0.9I0.1/x%β–Bi2O3复合催化剂具有优异的循环稳定性。(3)利用已制备的可响应可见光的BiOCl0.9I0.1与二维SnS2结合,形成了BiOCl0.9I0.1/x%SnS2复合催化剂。TEM、XRD图谱等证明了BiOCl0.9I0.1/x%SnS2复合催化剂的成功制备,通过HRTEM图像中的晶格条纹也可分别清楚观察到BiOCl0.9I0.1和SnS2的(110)和(100)晶面。实验选取光催化降解水中的TCH作为评价依据,探究了BiOCl0.9I0.1/x%SnS2复合材料在可见光作用下的光催化活性。与纯BiOCl0.9I0.1和纯SnS2相比,BiOCl0.9I0.1/7%SnS2对水中TCH的降解率可达76%,降解率明显升高,且循环实验的结果也可表明BiOCl0.9I0.1/x%SnS2复合催化剂有优异的循环稳定性。
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