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抗生素类药物作为抗菌剂和促生长剂被广泛应用于疾病治疗以及畜禽养殖等领域中。然而,在使用过程中,只有少量抗生素能被人类及动物机体吸收转化,30~90%的抗生素以原型及代谢产物的形式随粪便及尿液排泄进入环境,对生态环境和人体健康构成了潜在危害。目前的抗生素废水处理方法中,吸附和光催化两种处理方法相对来说更加快速有效,因此已经有许多科研人员对这两种方法进行了深入的研究。
二氧化钛是光催化剂中性能最佳的一种催化剂,具有非常广泛的应用前景。但是,传统二氧化钛的量子效率较低、带隙较宽,从而造成光生电子空穴的复合率高、吸收光谱范围窄,这些缺点限制了它的实际应用。对此,许多科研人员进行了大量研究,探索能够抑制电子与空穴复合、窄化其带隙的方法。碳材料具有非常好的吸附性能,能够将有机污染物吸附到催化剂表面,进而提高污染物的降解效率。因此,本文分别选取二氧化钛和碳球作为光催化材料和吸附材料,将两者复合以提高光催化降解污染物的效果。
本文制备了二氧化钛/碳复合材料,利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附(BET)等表征手段对催化剂的结构、组成及形貌进行表征,并研究催化剂的光催化性能。以抗生素环丙沙星作为研究对象,在紫外光照射下利用C@ZiO2降解环丙沙星,并研究影响其降解效果的因素。具体内容如下:
(1)采用溶胶-凝胶法制备出了具有良好分散性的间苯二酚-甲醛(RF)树脂球,并在其外表面包裹一层TiO2,然后在氮气保护的条件下碳化RF@TiO2,得到C@TiO2纳米材料,并对其结构、组成以及形貌进行表征。TEM表征结果表明,TiO2均匀的包裹在RF外表面,二氧化钛壳层的厚度约为30nm,RF@TiO2的直径约为280nm;XRD表征图表明C@TiO2的成功合成,且随着煅烧温度的升高,二氧化钛由锐钛矿相逐步向金红石相转变;BET分析结果表明,C@TiO2具有较大的比表面积,1000℃煅烧的样品比表面积最大,为422m2/g。
(2)以亚甲基蓝为目标污染物,对合成的C@TiO2催化剂进行光催化性能研究,实验结果表明,C和TiO2单独投加以及机械混合后投加,催化性能没有显著的差异,将C与ZiO2复合制成C@ZiO2材料后,光催化性能显著增强。当煅烧温度为900℃时,C@ZiO2的吸附及光催化性能最强,亚甲基蓝几乎可以被完全去除。
(3)在紫外光照射下利用C@TiO2降解环丙沙星,并研究影响其降解效果的因素。C@TiO2光催化降解抗生素环丙沙星的过程中,随着催化剂投加量的增加,有机物的光降解速率逐渐增加。抗生素的降解速率受溶液初始pH的影响较大,在酸性条件下能加速光催化反应的进行,而在碱性条件下,反应则受到抑制。900℃煅烧的C@ZiO2具有最佳的催化效果。
二氧化钛是光催化剂中性能最佳的一种催化剂,具有非常广泛的应用前景。但是,传统二氧化钛的量子效率较低、带隙较宽,从而造成光生电子空穴的复合率高、吸收光谱范围窄,这些缺点限制了它的实际应用。对此,许多科研人员进行了大量研究,探索能够抑制电子与空穴复合、窄化其带隙的方法。碳材料具有非常好的吸附性能,能够将有机污染物吸附到催化剂表面,进而提高污染物的降解效率。因此,本文分别选取二氧化钛和碳球作为光催化材料和吸附材料,将两者复合以提高光催化降解污染物的效果。
本文制备了二氧化钛/碳复合材料,利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附(BET)等表征手段对催化剂的结构、组成及形貌进行表征,并研究催化剂的光催化性能。以抗生素环丙沙星作为研究对象,在紫外光照射下利用C@ZiO2降解环丙沙星,并研究影响其降解效果的因素。具体内容如下:
(1)采用溶胶-凝胶法制备出了具有良好分散性的间苯二酚-甲醛(RF)树脂球,并在其外表面包裹一层TiO2,然后在氮气保护的条件下碳化RF@TiO2,得到C@TiO2纳米材料,并对其结构、组成以及形貌进行表征。TEM表征结果表明,TiO2均匀的包裹在RF外表面,二氧化钛壳层的厚度约为30nm,RF@TiO2的直径约为280nm;XRD表征图表明C@TiO2的成功合成,且随着煅烧温度的升高,二氧化钛由锐钛矿相逐步向金红石相转变;BET分析结果表明,C@TiO2具有较大的比表面积,1000℃煅烧的样品比表面积最大,为422m2/g。
(2)以亚甲基蓝为目标污染物,对合成的C@TiO2催化剂进行光催化性能研究,实验结果表明,C和TiO2单独投加以及机械混合后投加,催化性能没有显著的差异,将C与ZiO2复合制成C@ZiO2材料后,光催化性能显著增强。当煅烧温度为900℃时,C@ZiO2的吸附及光催化性能最强,亚甲基蓝几乎可以被完全去除。
(3)在紫外光照射下利用C@TiO2降解环丙沙星,并研究影响其降解效果的因素。C@TiO2光催化降解抗生素环丙沙星的过程中,随着催化剂投加量的增加,有机物的光降解速率逐渐增加。抗生素的降解速率受溶液初始pH的影响较大,在酸性条件下能加速光催化反应的进行,而在碱性条件下,反应则受到抑制。900℃煅烧的C@ZiO2具有最佳的催化效果。