【摘 要】
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本论文从提高光催化材料性能的角度出发,通过焙烧、复合和掺杂等手段合成系列锌基复合光催化材料,提升它们对盐酸四环素的降解效率,并借助电化学阻抗、自由基捕获、带隙结构分析等实验手段探讨盐酸四环素降解机理,为合理设计和制备高效的抗生素降解光催化材料提供一定的理论支持。具体的研究成果如下:(1)通过水热自组装法构建了 ZnO/H4Nb6017纳米管复合物,并在可见光条件下进行盐酸四环素(40 mg·L-1
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本论文从提高光催化材料性能的角度出发,通过焙烧、复合和掺杂等手段合成系列锌基复合光催化材料,提升它们对盐酸四环素的降解效率,并借助电化学阻抗、自由基捕获、带隙结构分析等实验手段探讨盐酸四环素降解机理,为合理设计和制备高效的抗生素降解光催化材料提供一定的理论支持。具体的研究成果如下:(1)通过水热自组装法构建了 ZnO/H4Nb6017纳米管复合物,并在可见光条件下进行盐酸四环素(40 mg·L-1,100mL)的光催化降解实验。实验结果表明,30 mg ZnO/H4Nb6017纳米管复合物在130 min内对盐酸四环素的脱除率为68.35%,而单体ZnO和H4Nb6017纳米管的脱除率仅分别为48.06%和11.02%。通过表征单体催化剂和复合物催化剂的电化学阻抗可知,复合物催化剂具有更高的光生载流子分离效率,超氧自由基(.O2-)和空穴(h+)是ZnO/H4Nb6017纳米管复合物降解盐酸四环素的主要活性物种。对材料的微结构和催化性能间构效关系的研究表明,复合物催化剂优异的光降解性能归因于:强的光捕获能力、大的比表面积以及高效的光生电子和空穴分离和转移效率。(2)通过水热法合成不同层板组成的锌基双金属氢氧化物,分别为锌钛、锌铬和锌铈双金属氢氧化物,并以此为前驱体,通过不同的温度焙烧,获得一系列锌基双金属氧化物,分别为锌钛、锌铬和锌铈双金属氧化物,并将这些催化剂(30 mg)应用于盐酸四环素(40 mg·L-1,100 mL)的光催化降解。相比于前驱体,焙烧产物对盐酸四环素的脱除率显著提高,其中300℃下焙烧的锌钛双金属氧化物,600℃下焙烧的锌铬双金属氧化物和700℃下焙烧的锌铈双金属氧化物对盐酸四环素的脱除率分别为86.81%,82.59%和68.98%。盐酸四环素脱除率的提高主要归因为焙烧产物提高光谱响应范围的同时,焙烧产生的金属氧化物之间形成异质结构,促进光生电子和空穴的分离,从而提高锌基复合材料对盐酸四环素的光降解效率。(3)通过水热法合成了不同比例的硫化镉锌铬双金属氢氧化物复合材料,并将它们应用于盐酸四环素的光催化降解实验。在可见光照射下,硫化镉负载量为5%的催化剂表现出最佳的盐酸四环素脱除效果,在120min时间内,盐酸四环素的脱除率达到84.90%,比锌铬水滑石59.04%的脱除率有显著的提高。对材料的微结构和光催化性能间的构效关系的研究表明,硫化镉与水滑石之间形成Z型异质结构,这种结构不仅能够提高复合物的氧化还原电势,还是促进光生载流子的分离,从而提高复合材料的光催化性能。通过价带分析和自由基捕获实验,得出硫化镉水滑石复合材料对盐酸四环素的光催化降解复合Z-型光催化降解机理。(4)基于锌铬双金属氢氧化物的基本结构特征,采用一步水热法合成了系列稀土金属离子La3+掺杂的锌铬双金属氢氧化物光催化剂,并将它们应用于盐酸四环素的可见光催化降解实验。实验结果表明,其中La3+掺杂量为10%的催化剂表现出最佳的光催化降解性能,在120min的反应时间内,该催化剂对盐酸四环素的脱除率为87.16%,相比于锌铬双金属氢氧化物,其对盐酸四环素的脱除率显著提高。La3+的掺杂并未引起锌铬双金属氢氧化物结构形貌的明显变化,但使锌铬双金属氢氧化物获得较高的光生载流子分离效率和表面电荷注入效率,且La3+在整个体系中发挥着空穴接收剂的作用,让层板电荷更容易迁移,抑制光生载流子的复合,从而提高锌铬双金属氢氧化物对盐酸四环素的光催化降解性能。图66表10参157
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