【摘 要】
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抗生素是治疗细菌感染的高效药物,因种类多、效果好、适用范围广等优势,在许多领域得到广泛应用。然而,因其化学性能稳定,导致摄入的抗生素不能被生物体有效代谢,最终,大部分抗生素以非代谢形式释放到环境中,对生态环境构成潜在威胁。近年来,由于抗生素的不合理使用,已在水体、土壤、植物中检测出抗生素残留。为了消除抗生素对环境的不利影响,研究者提出众多有效降低抗生素含量的技术手段,如物理吸附法、生物降解法、Fe
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抗生素是治疗细菌感染的高效药物,因种类多、效果好、适用范围广等优势,在许多领域得到广泛应用。然而,因其化学性能稳定,导致摄入的抗生素不能被生物体有效代谢,最终,大部分抗生素以非代谢形式释放到环境中,对生态环境构成潜在威胁。近年来,由于抗生素的不合理使用,已在水体、土壤、植物中检测出抗生素残留。为了消除抗生素对环境的不利影响,研究者提出众多有效降低抗生素含量的技术手段,如物理吸附法、生物降解法、Fenton氧化法等。不幸的是,这些方法均存在着成本高、易造成二次污染等不利因素,导致未能得到进一步发展。光催化技术因具有环保、高效、工艺简单等优点,可以完美弥补上述方法的短板,在众多方法中脱颖而出,成为降解抗生素药物的佼佼者。卤氧化铋(BiOX,X=Cl,Br,I)是常见的、能在可见光区使用的铋系催化剂,具有特殊的层状结构,便于掺杂和改性以改善材料自身的不足,因此,一直是环境修复和能源领域的研究热点。然而,单一光催化剂均存在光生载流子复合较快的弊端,需要对其进行改性,降低光生电子-空穴对复合概率,进而提高光催化活性。本论文以BiOBr为目标催化剂,通过两种方法对其进行改性,并在模拟太阳光下降解不同抗生素溶液,来评价不同材料的光催化性能。主要实验内容如下:(1)利用水热法,分别以Bi(NO3)3·5H2O和1,3-二(3-溴丙基)咪唑溴盐离子液体(DIBPIBr)为前驱体,通过调控两者的物质的量之比可在BiOBr表面原位生长β-Bi2O3。以XRD、XPS、HR-TEM表征材料,证实成功合成BiOBr/β-Bi2O3异质结。以诺氟沙星(NOR)溶液为污染物模型,评价不同前驱体比例合成的BiOBr/β-Bi2O3纳米复合材料的光催化性能。结果表明:以前驱体比例3:1合成的BiOBr/β-Bi2O3纳米复合物具有最佳光催化活性,主要源于表面β-Bi2O3可显著影响催化剂的晶体结构和光吸收特性。结合捕获实验和ESR数据结果阐明了光催化机理。本工作为在铋系材料表面原位生长Bi2O3合成双铋系异质结,并用于降解抗生素废水提供了一种简便有效的方法。(2)利用改进的Hummers法合成氧化石墨烯(GO),并通过水热法一步合成不同石墨烯负载量的rGO/Bi4O5Br2高效催化剂,通过拉曼光谱确认GO被还原成rGO。以所制备的rGO/Bi4O5Br2材料在模拟太阳光下降解环丙沙星(CIP)、NOR和四环素(TC),降解结果表明制备样品对三种抗生素均表现出高效的催化性能。其中,1.0 wt%rGO/Bi4O5Br2催化剂具有最佳的光催化性能。光照60 mim时,CIP、NOR和TC的移除效率分别为97.6%、80.7%和98.7%,远高于单体Bi4O5Br2。光催化性能的提高主要源于石墨烯具有良好的导电性,可加速Bi4O5Br2材料内部光生载流子的迁移,抑制其复合。由捕获实验和ESR实验结果可知,促进抗生素降解的自由基主要是h+、·OH和·O2-,基于此,阐明了rGO/Bi4O5Br2复合材料光催化降解抗生素的机理。
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