Ag2S-Bi2WO6的制备及其光催化降解抗生素的研究

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抗生素的滥用已造成日益严重的环境问题,其较强的持久性、生物活性和生态毒性可通过食物链直接威胁到人类健康,如何处理抗生素废水已成为国内学者关注热点。目前,常见的抗生素废水处理方法有普通化学法、物理法、生物降解法和高级氧化法。而光催化氧化技术作为高级氧化法中的一种,因其能源节约和环境友好的优点,被认为是处理抗生素废水的理想方法。Bi2WO6具有稳定的晶体结构、较窄的禁带宽和良好的光催化活性等特点,引起了光催化、新型材料和能量转换等领域学者的广泛关注,并成为目前极具研究前景的新型可见光光催化剂之一。然而,纯相Bi2WO6存在光生电子-空穴复合率高、活性位点低和电荷转移速率慢等局限性,严重阻碍了其在工业化和产业化中的运用。基于以上问题,本文在不添加任何辅助剂和以超纯水为溶剂的中性条件下,通过不同水热反应条件制备出不同形貌及光催化性能的纯相Bi2WO6,采用XRD、SEM、UV-vis表征手段和光催化降解实验,得出水热反应条件控制在200℃反应12h时,可制备出光催化性能较好的三维花状Bi2WO6。通过原位沉积法将Ag2S修饰于三维花状Bi2WO6表面,制备出质量比为3%、7%、11%的Ag2S-Bi2WO6复合催化剂。采用XRD、SEM、XPS、EDS、UV-vis表征手段对其结晶度、形貌特征、结合方式、元素组成和光学特性进行系统分析。结果表明Ag2S-Bi2WO6复合催化剂具有良好的分散性、结晶度和纯度,两种材料通过化学能紧密结合在一起。同时,质量比为7%的复合催化剂拥有最佳的光吸收强度和吸收范围。以Ag2S-Bi2WO6为光催化剂,盐酸强力霉素和盐酸四环素为目标污染物进行光催化降解实验,探讨不同质量比复合催化剂的光催化性能。同时探讨复合催化剂投加量、污染物初始浓度、溶液初始p H、腐殖酸浓度和不同无机阴离子对降解效能的影响。利用重复性实验探讨复合催化剂的稳定性,通过自由基捕捉实验和半导体能带理论,分别对光催化反应过程中的主要活性物质和机理进行分析,并采用质谱表征方法对目标污染物降解途径进行初步推测。结果表明,7%Ag2S-Bi2WO6复合催化剂对两种目标污染物的降解效果最佳,随着复合催化剂投加量的增加,目标污染物的降解率随之提高;目标污染物初始浓度增加,降解率随之降低;溶液初始p H值由3增加至11时,目标污染物的去除率先增加后减少,p H为酸性时将严重抑制光催化效率;腐殖酸对光催化降解盐酸强力霉素的影响甚微,但会抑制盐酸四环素的降解效率;无机阴离子CO32-和HCO3-促进了目标污染物的降解率,NO3-则降低了其降解率,而Cl-主要影响复合催化剂对目标污染物的吸附效能。同时,对7%Ag2S-Bi2WO6复合催化剂做5次重复实验表明其拥有优异的稳定性。在自由基捕捉实验中,羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O2-)为本次实验的次要活性物质,光生空穴(h+)为主要活性物质。在光照及h+作用下,目标污染物主要通过脱-N-CH3、-NH、-C-OH、-CONH2等基团进行分解,随着反应的持续进行,中间体最终将被降解为CO2、H2O、NH4+等无机小分子。
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