【摘 要】
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近年来,在经济快速发展的同时,水资源也相应受到各种染料、抗生素及致病菌等的污染,这些污染物不仅干扰水生植物的光合作用,还会导致人及动物的患病。光催化作为一种清洁、高效的技术被广泛应用在污染物降解、抑菌、制氢等方面。尽管大多数半导体已经在光催化领域取得了一定的成效,但单一光催化剂光生电子-空穴对复合率高、可见光吸收范围窄、难回收等缺点阻碍了其实际应用。因此,为了提高单一半导体光生电子-空穴对的分离效
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近年来,在经济快速发展的同时,水资源也相应受到各种染料、抗生素及致病菌等的污染,这些污染物不仅干扰水生植物的光合作用,还会导致人及动物的患病。光催化作为一种清洁、高效的技术被广泛应用在污染物降解、抑菌、制氢等方面。尽管大多数半导体已经在光催化领域取得了一定的成效,但单一光催化剂光生电子-空穴对复合率高、可见光吸收范围窄、难回收等缺点阻碍了其实际应用。因此,为了提高单一半导体光生电子-空穴对的分离效率及对可见光的利用率,异质结复合材料被广泛研究。本论文制备了两种以三维多孔生物质碳为载体的铋基半导体光催化剂(Bi2O3/Fe3O4@PCs/Cr2Bi3O11、Bi VO4/Fe2O3@PC)并应用于盐酸四环素(TCH)、甲基橙(MO)、双酚A(BPA)和大肠杆菌(Escherichia coli)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)的光催化降解及抑菌研究中。主要研究结果包括以下几点:(1)采用冷冻干燥-煅烧与水热-微波相结合的方法制备了三维多孔的光芬顿催化剂(Bi2O3/Fe3O4@PCs/Cr2Bi3O11)。其中超顺磁性的Fe3O4中心材料不仅有利于催化剂的循环利用,而且还能作为氧化还原介体收集和消耗来自Bi2O3/Cr2Bi3O11的电子和空穴,提高光生载流子的分离率。更重要的是,Fe3O4还可以作为芬顿催化剂活化Cr2Bi3O11原位产生的过氧化氢,进一步提高光催化性能。同时高导电性的多孔PCs层既可以增强电荷分离又利于反应物/产物的传质传输。基于复合物结构和功能的优点,在可见光照射下,Bi2O3/Fe3O4@PCs/Cr2Bi3O11展现出了优异的降解性能(60 min MO降解率97.5%,100 min TCH降解率95.3%)和较高的抑菌性能(60 min E.coli和S.aureus灭活量分别为6.1 log和4.4 log)。利用抑菌圈和最小抑菌/杀菌浓度也进一步证明其抑菌性能良好。连续进行5次循环后该复合光催化剂依旧维持了高的光芬顿催化活性。此外,以E.coli为生态指标评价了TCH的水生毒性,结果表明所制备的Bi2O3/Fe3O4@PCs/Cr2Bi3O11复合材料可以有效降低TCH的水生毒性。(2)通过煅烧结合水热法制备Bi VO4/Fe2O3@PC复合光催化剂,一系列表征结果显示Bi VO4/Fe2O3@PC复合光催化剂的成功制备,其中Fe2O3和Bi VO4分布在PC表面,有效避免了团聚,同时Fe2O3与Bi VO4构成的异质结结构,可大大提升对有机污染物及致病菌的光降解率,此外,PC作为载体及锚定剂,有利于提高Bi VO4/Fe2O3@PC的循环稳定性。在模拟可见光照射条件下,Bi VO4/Fe2O3@PC对TCH的光降解效率为94.8%(90 min)及对BPA的去除率为92.6%(70 min),且对金黄色葡萄球菌显示出卓越的抑菌性能(70 min内100%抑菌效率)。同时,其抑菌圈和最小抑菌/杀菌浓度都大于对比样。此外,以P.putida为生态指标评价了TCH的水生毒性,结果证明所制备的Bi VO4/Fe2O3@PC复合材料可以有效降低TCH的水生毒性。
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