香菇生物质炭复合材料活化过硫酸盐降解水中四环素研究

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四环素类抗生素是目前使用较多的广谱类抗生素之一。其在生物体内并不会被完全代谢吸收,因此有部分四环素会通过代谢作用排泄至水体中,水体中残留的四环素可诱导微生物遗传变异导致出现耐药性病原体的出现,而成为危害人类健康的潜在风险。因此,需寻求一种高效降解水中四环素的方法。以硫酸根自由基(·SO4-)为活性物质的类Fenton高级氧化技术(AOPs)是一种氧化性强的技术。本文以废弃香菇根茎为生物质炭原材料(LBC),以盐酸四环素(25 mg/L)为目标污染物。通过对其改性合成了光催化材料,研究了其在过硫酸钠和可见光辅助作用下对水中四环素的降解性能,并探究了降解机理,取得了一些研究成果。结果如下:(1)采用浸渍-煅烧法制备Fe3O4@LBC复合材料,并通过X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和Brunauer,Emmett,Teller比表面积法(BET)等进行了表征。研究了Fe3O4@LBC和过二硫酸钠(Na2S2O8)在可见光照射下对盐酸四环素的降解性能。结果显示Fe3O4@LBC/Na2S2O8/可见光体系在120min内对四环素的降解效率达到85%,这表明该催化剂具有较强的催化活性。此外,该复合材料还表现出较高的稳定性和优异的循环性能。在连续五次循环后,四环素的降解效率仍然不低于80%。(2)通过简单的水热法成功合成了新型CuFe2O4@LBC复合磁性催化材料。合成复合材料的X射线衍射(XRD)谱图证实了香菇生物质炭表面成功负载上了CuFe2O4。扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)进一步表征了样品的性能。CuFe2O4@LBC复合材料在90 min内对四环素的去除率达到85%,这比单纯的CuFe2O4或者LBC要高出很多。此外在相同条件下经过连续五次循环实验,到第五次降解实验,催化材料仍然表现出良好的催化降解能力,对四环素的降解率能达到80%。由于CuFe2O4@LBC复合材料具有良好的磁性,因此可通过外加磁场对催化材料进行磁分离。(3)以硼酸为前驱体,采用浸渍-煅烧法合成了硼掺杂香菇生物质炭(B@LBC),通过SEM、XPS、BET等对材料的形貌和元素价态进行了分析。通过构建光催化体系、化学催化体系、光-化学催化体系等验证了该材料在多相光催化体系中均具有良好的降解性能,在可见光和过硫酸钠共同辅助下,100 min内对四环素的去除率达到98%。三次循环实验后显示出,该材料具有优异的稳定性,在第三次催化降解中对四环素的去除率达到82%。
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