新型金屬氧化物納米材料的制備及光降解抗生素廢水效能研究.pdf

1、抗生素在環(huán)境中累積已成為許多國(guó)家的環(huán)境問(wèn)題。近年來(lái)光催化技術(shù)以其低能耗，可持續(xù)，二次污染小等優(yōu)點(diǎn)在水處理中得到大力推廣與使用。本論文通過(guò)探究反應(yīng)條件對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響，制備出形貌可控的可見(jiàn)光響應(yīng)的催化劑；基于高品質(zhì)的可見(jiàn)光降解抗生素的納米催化劑的制備，系統(tǒng)的研究催化劑結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)抗生素降解效果的影響；借助熒光等分析測(cè)試手段，對(duì)可見(jiàn)光響應(yīng)的催化劑的的催化機(jī)理及性能進(jìn)行研究，在分析的基礎(chǔ)上提出可能的降解機(jī)理。具體結(jié)論如下：
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2、、在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)水熱合成法，控制Na2WO4·2H2O的投加量，在180℃條件下反應(yīng)24h后得到片狀和花狀兩種不同形貌的 Bi2WO6催化劑。通過(guò)對(duì)反應(yīng)中Na2WO4·2H2O的投加量，乙二胺添加量及反應(yīng)溫度的控制，考察了不同反應(yīng)條件對(duì)催化劑形貌的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫度越高，反應(yīng)物由粒子結(jié)構(gòu)逐漸橫向生長(zhǎng)，形成為片狀結(jié)構(gòu)，而乙二胺的添加量控制的片狀的厚度，乙二胺的量越多，片狀的厚度越薄。Na2WO4·2H2O的投加量越多，反應(yīng)物由片狀聚集

3、，形成花狀結(jié)構(gòu)。在可見(jiàn)光條件下，考察不同形貌的Bi2WO6對(duì)不同抗生素的降解性能，結(jié)果表明，花狀結(jié)構(gòu)的催化劑對(duì)抗生素的降解性能高于片狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)四環(huán)素的降解率高于土霉素，多西環(huán)素以及環(huán)丙沙星的降解率。此外，探究了不同形貌催化劑降解機(jī)理，及對(duì)不同抗生素降解性能不同的可能的原因?？赡苁怯捎诨罱Y(jié)構(gòu)的Bi2WO6氧空穴較多，從而花狀結(jié)構(gòu)的 Bi2WO6的降解性能較高。同時(shí)，兩種形貌的Bi2WO6納米材料對(duì)四環(huán)素的吸附量均大于其他三種抗生素，

4、因此催化劑對(duì)四環(huán)素的降解率高于其他三種抗生素。
　　2、通過(guò)快速，靈巧的微波法，在不同的反應(yīng)時(shí)間下，合成了棒狀形貌及八面體兩種形貌的 Bi3.84W0.16O6.24納米材料。通過(guò)對(duì)不同時(shí)間下產(chǎn)物的形貌及晶型的表征，探究了 Bi3.84W0.16O6.24的生長(zhǎng)機(jī)理。在不同 pH反應(yīng)條件下，考察兩種不同形貌的 Bi3.84W0.16O6.24對(duì)四環(huán)素的降解效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，棒狀結(jié)構(gòu) Bi3.84W0.16O6.24在不同 pH下

5、對(duì)四環(huán)素的降解比較穩(wěn)定，尤其在酸性條件下對(duì)四環(huán)素的降解率是八面體結(jié)構(gòu)納米材料的3倍。在分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出了可能的反應(yīng)機(jī)理，主要由于棒狀結(jié)構(gòu)的比表面積較大，提高了污染物與催化劑的接觸面積，因此光催化活性較高。
　　3、通過(guò)使用光還原法，AgNO3作為銀源，在所制備的八面體結(jié)構(gòu)的Bi3.84W0.16O6.24表面負(fù)載金屬銀，利用SPR效應(yīng)的原理，提高其光催化性能。通過(guò)控制AgNO3與Bi3.84W0.16O6.24的摩爾比，

6、考察負(fù)載不同的Ag的量對(duì)復(fù)合催化劑的催化性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，負(fù)載量在0~30％范圍內(nèi)時(shí)，當(dāng)負(fù)載10％Ag的Ag/Bi3.84W0.16O6.24對(duì)四環(huán)素的降解效果最好。通過(guò)ESR檢測(cè)的光降解過(guò)程的活性物種可知，光催化過(guò)程中主要是羥基自由基及超氧自由基的作用，并在檢測(cè)結(jié)果上提出了可能的降解機(jī)理。所制備的Ag/Bi3.84W0.16O6.24光催化活性的的提高主要是由于表面的Ag粒子的SPR效應(yīng)，在光催化過(guò)程中快速的分離光生電子和空穴

7、。最后對(duì)Ag/Bi3.84W0.16O6.24復(fù)合材料的光降解穩(wěn)定性進(jìn)行考察，通過(guò)三次連續(xù)循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，及反應(yīng)后的 SEM，TEM和XRD表征表明Ag/Bi3.84W0.16O6.24的穩(wěn)定性良好。
　　4、通過(guò)Hummers方法將石墨在濃H2SO4，KMnO4，H2O2等強(qiáng)氧化劑的作用下制備成氧化石墨烯。利用靜電驅(qū)動(dòng)的方法制備Bi3.84W0.16O6.24-GO復(fù)合材料。利用響應(yīng)面分析設(shè)計(jì)催化劑Bi3.84W0.16O6.24

8、-GO投加量，氧化石墨烯負(fù)載量及反應(yīng)時(shí)間對(duì)四環(huán)素去除率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，影響去除效果因素的大小次序是催化劑投加量>反應(yīng)時(shí)間>石墨烯負(fù)載量。實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后所得到的最佳工藝條件為：催化劑投加量0.3g，石墨烯負(fù)載量為1.49％，反應(yīng)時(shí)間為90min，在此條件下對(duì)四環(huán)素的去除率為78.43％。通過(guò) Bi3.84W0.16O6.24-GO與 Bi3.84W0.16O6.24對(duì)四環(huán)素的降解的對(duì)比實(shí)驗(yàn)可知在相同條件下，Bi3.84W0.16O6.2