TiO2分子印迹聚合物对盐酸黄连素特异性光催化降解

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抗生素的滥用导致环境水体中抗生素含量逐渐增加,含有抗生素的污水会对水生态、水环境和人类的身体造成极大的危害,因此必须高效清除环境水体中的抗生素残留。盐酸黄连素作为广谱类抗生素的一种,在水体中通常以痕量形式存在,目前常规水处理方法效果不佳。吸附法和光催化法因其效率高、无毒副产物等优点是处理盐酸黄连素废水的一种良好选择。环境纳米材料是吸附法和光催化法常用载体,可以快速吸附降解盐酸黄连素,但通常由于选择性底、效率底、难以回收利用需要对其进行改性。分子印迹聚合物因高选择性识别、高容量吸附、易调控等优点广泛应用于盐酸黄连素的吸附。吸附法只是相态发生转移,不能完全去除盐酸黄连素。TiO2光催化剂能更进一步降解环境中盐酸黄连素废水。与分子印迹聚合物结合,不仅提高了分子印迹聚合物对盐酸黄连素的处理效率,又使得TiO2具备光催化选择性。此外,通过形貌调控、半导体复合等手段优化其光催化活性,提高复合环境纳米材料吸附降解水环境中盐酸黄连素的能力。设计了分子印迹光催化剂的构建思路,引入易于分离的磁性材料Fe3O4,有效解决纳米材料稳定性较低、难以回收的问题。利用半导体MnO2复合提高了光催化活性,实现对水环境中盐酸黄连素的高效率去除。1.微球Fe3O4核壳结构分子印迹材料(Fe3O4@SiO2@MIPs)对盐酸黄连素高选择性吸附采用水热法制备具有分离能力的Fe3O4@SiO2@MIPs磁性复合分子印迹吸附剂,通过SEM、TEM、VSM、XRD、XPS等分析理化性能,通过在水溶液中吸附盐酸黄连素研究其吸附性能,并优化了溶液的催化剂使用量、盐酸黄连素初始浓度和反应催化剂使用量等因素对盐酸黄连素吸附效果的影响。结果表明,在最佳反应条件下,Fe3O4@SiO2@MIPs吸附剂在模板分子盐酸黄连素浓度为40mg/L时具有最大的吸附容量Qmax=10.5 mg/g,能在80min内达到吸附平衡。通过模拟水样吸附竞争实验测得其选择性因子β=4.4。通过6次循环重复利用实验测得吸附剂具有较强稳定性,可回收重复利用。2.磁性微球Fe3O4上生长TiO2纳米壳层分子印迹材料(Fe3O4@SiO2@TiO2@MIPs)对盐酸黄连素特异性光降解性能研究采用水热法和溶胶凝胶法制备具有选择性的Fe3O4@SiO2@TiO2@MIPs分子印迹光催化剂。通过SEM、TEM、VSM、XRD、XPS、Zeta等手段对所制备的分子印迹光催化剂的结构、形态、组成、磁性等理化性质进行表征。研究了 Fe3O4@SiO2@TiO2@MIPs分子印迹光催化剂对盐酸黄连素水溶液的光催化降解性能及选择竞争性降解。结果表明,在可见光照射下,Fe3O4@SiO2@TiO2@MIPs分子印迹光催化剂具有较高的光催化活性,光降解盐酸黄连素效率可达81%。选择竞争性降解实验中表现了出色的特异选择性,能在混合水样中将盐酸黄连素与其他抗生素区分。经过五次重复光催化降解实验后,分子印迹光催化剂仍然保持较高的稳定性和光催化活性。3.中空TiO2上生在MnO2片(H-TiO2@MnO2@MIPs)对盐酸黄连素特异性光降解性能研究为进一步增大材料的比表面积,通过硬模板法去除内部SiO2核,得到中空TiO2层,引入MnO2进一步提高TiO2的光催化效率。采用两步水热法制备了具有选择性的H-TiO2@MnO2@MIPs分子印迹光催化剂。通过不同方式对所制备的分子印迹光催化剂的形貌结构、化学成分组成等理化性质进行测试,证实了 H-TiO2@MnO2@MIPs的合成成功。研究了不同比例组合的H-TiO2@MnO2@MIPs分子印迹光催化剂对盐酸黄连素的光催化降解性能,探讨了最佳原料比下的最大降解效率。结果表明,Mn/Ti摩尔比为2:1的H-TiO2@MnO2@MIPs不仅表现出完整较好的中空结构,而且在300w氙灯模拟太阳光照射展现出较高的光催化活性,对解盐酸黄连素的降解效率可达90%。经过五次重复光催化降解实验后,仍然保持对污染物较高的识别能力和光催化活性。
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