【摘 要】
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环境内分泌干扰物(EDCs)是一类对人体生殖和发育造成严重损害的外源性物质。其中,17α-乙炔基雌二醇(EE2)和17β-雌二醇(E2)为最典型且雌激素效应最强的人为和天然EDCs,已广泛存在于水体中。伴随着人们对环境保护的愈加重视,以高效绿色的方式去除EDCs成为了人们迫切的期望。近年来,可见光催化降解有机污染物以高效、环保、毒害小、多功能和成本低等特点成为了备受关注的新型水处理技术。本论文以E
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环境内分泌干扰物(EDCs)是一类对人体生殖和发育造成严重损害的外源性物质。其中,17α-乙炔基雌二醇(EE2)和17β-雌二醇(E2)为最典型且雌激素效应最强的人为和天然EDCs,已广泛存在于水体中。伴随着人们对环境保护的愈加重视,以高效绿色的方式去除EDCs成为了人们迫切的期望。近年来,可见光催化降解有机污染物以高效、环保、毒害小、多功能和成本低等特点成为了备受关注的新型水处理技术。本论文以EE2和E2作为目标污染物,基于绿色可持续的生物炭(BC)制备高活性且多功能的光催化剂,实现污染物的高效降解。通过研究BC对单一组分半导体光催化剂Bi2WO6以及复合半导体光催化剂Bi VO4/Ag I反应速率的影响,考察了BC对光催化剂性能的提升效果。同时,采用常温沉淀法合成Bi PO4/Ag I/BC复合光催化剂,以期进一步探索适于大规模工业化生产的合成方法,提升其实际应用价值。此外,系统表征了所制光催化剂的物相、形貌、比表面积和官能团等性质,将其应用于EE2和E2的高效降解,并解析其降解产物、路径和机理。最后,利用植物毒性实验及抗菌实验分别考察其解毒功能和抗菌功能。主要内容为:1.采用微波辅助水热法制备Bi2WO6/BC复合光催化剂,考察不同生物炭对单一半导体光催化剂性能的影响及作用机制。对比其它样本可知,以杨树为代表的木本植物(叶片部分)对光催化性能的提升效果最为显著,同时,通过对光催化剂合成条件进行优化得到了最优材料Bi2WO6-BC2%,其在强氧化剂(PS)的协同作用下对浓度为3 mg/L的EE2和E2的去除率达到99.41%(12 min)和97.84%(15 min)。结合植物毒性实验的数据可知,BC的加入和PS的协同既能明显提升单一组分光催化剂的活性,又能显著降低污染物对植物的毒害作用,且BC主要是通过增加光催化体系的比表面积、丰富官能团种类、增强光生电子与空穴的分离能力以及提升活性自由基的浓度来显著增强单一组分半导体光催化剂的催化活性。光催化过程中活性自由基为h+和·O2-,BC和PS均能使体系中h+和·O2-的浓度大幅度提高。2.采用微波辅助水热法合成了高效多功能的Bi VO4/Ag I/BC复合光催化剂,考察生物炭对复合光催化剂性能的影响及作用机制。优化后的最优材料BV-Ag I0.8-BC5%在光照40 min后对浓度为3 mg/L的EE2和E2的去除率分别可达到99.68%和99.44%。体系中的主要活性物质为·O2-,且BC对体系中活性自由基浓度有显著的提升效果。植物毒性试验及抗菌试验的结果表明,BV-Ag I0.8-BC5%不仅在高效降解污染物以及降解路径绿色低毒方面表现优异,而且也因在黑暗和光照下对大肠杆菌的去除率超过99.99%而表现出优异的抗菌性能。由此可知,BC的加入也可大幅度提升复合光催化剂的催化活性,其作用机制与其在单一组分催化剂中类似。3.通过绿色、简单和低成本的常温沉淀法合成了高活性、多功能的Bi PO4/Ag I/BC复合光催化剂,最优材料BP-Ag I0.6-BC5%在光照40 min后对浓度为3 mg/L的EE2和E2的去除率分别可达到99.16%和99.7%。体系中的主要活性物质为·O2-,BC对增强体系中·O2-浓度起到重要作用。通过植物毒性实验及抗菌试验结果可知,BP-Ag I0.6-BC5%能高效降解污染物且使降解产物毒性大幅度降低,同时在黑暗和光照下能去除99.99%以上的大肠杆菌,展现出优异的抗菌性能。本研究通过引入生物炭和银材料来构建铋系光催化剂,实现了在可见光条件下对EE2和E2的高效降解,同时兼具高效的杀菌功能,常温制备方法有利于工业化规模生产,展示了较好的实际应用前景。
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