WO3基复合材料的制备及其降解抗生素性能研究

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近年来,随着抗生素的大量使用和废水的随意排放,导致水体环境安全越来越严峻。半导体光催化技术可利用太阳光将有机污染物降解,因绿色环保、能耗低、高效而备受关注。三氧化钨(WO3)禁带宽度适中、能在可见光响应并在酸性和氧化条件下稳定存在,被广泛应用于光催化研究领域。然而,单一WO3的光生电子-空穴对复合几率高,极大限制了WO3的实际应用。因此,围绕WO3材料通过与其他半导体材料复合构建异质结以提高其光催化效率具有重要意义。本论文设计并制备了Ag2WO4/WO3和Ag Cl/WO3/g-C3N4复合催化剂,通过XRD、SEM、TEM、XPS、UV-vis DRS、PL等表征手段对样品的晶体结构、形貌、元素组成及光学性能等进行分析,同时以四环素(TC)和土霉素(OTC)作为目标降解物,探讨其光催化研究反应机理,具体研究内容如下:(1)采用水热法制备出了WO3纳米片,并通过共沉淀法合成了不同质量比的Ag2WO4/WO3复合材料。结果表明,与纯的WO3和Ag2WO4材料相比,当Ag2WO4和WO3的质量比为1:2时,催化剂展现出最高的光催化活性,光照75 min后对TC和OTC的降解率分别为77.4%和67.4%。这是由于异质结的构建有效抑制了光生电子-空穴对的复合,同时增大了光催化剂的比表面积以及拓宽了其对可见光的响应范围。通过自由基捕获实验揭示了Ag2WO4/WO3复合材料光降解过程的主要活性物种为超氧自由基(·O2-)和空穴(h+),符合Z型异质结反应机制。(2)采用一步水热法和高温热聚合法分别合成Ag Cl/WO3二元催化剂和g-C3N4粉末,再通过高能球磨工艺复合得到Ag Cl/WO3/g-C3N4三元光催化剂,考察不同Ag/W摩尔比和g-C3N4复合量对光催化活性的影响。结果表明,球磨使得Ag Cl/WO3/g-C3N4复合材料的比表面积增大,为光催化过程提供大量的反应活性位点。同时,异质结的形成有效促进了光生载流子的转移,进而更有利于提升其光催化性能。光照60 min后,Ag Cl/WO3/g-C3N4对TC和OTC的降解效率分别达到76.1%和59.3%。结合自由基捕获实验推断出Ag Cl/WO3/g-C3N4三元复合材料在降解过程中的双Z型反应机理。
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