论文部分内容阅读
PPCPs作为一类新型污染物,在我国大部分地区的河流、湖泊水体中均有检出,由于PPCPs的种类不断增加,其检出种类和检出频率的持续增加已经对人体健康和生态环境造成严重的威胁。因此,如何去除在水环境中残留的PPCPs技术受到国内外研究人员的密切关注。光催化氧化技术作为一种高级氧化技术在去除难降解有机污染物方面具有良好的实际应用价值,受到越来越多研究人员的关注。目前光催化半导体材料从组成材料上大体分为两类:金属半导体材料和非金属半导体材料。石墨相g-C3N4作为一种新型的非金属半导体光催化材料,由于其独特的电子结构和合适的禁带宽度(2.7e V),使其在光催化环境污染治理方面具有广阔的应用前景。石墨相g-C3N4能带结构容易调控,其出色的二维结构也易于其他纳米粒子掺杂,使石墨相g-C3N4成为了极具潜力的半导体材料而受到学者们的广泛关注。本研究以城市污水厂中PPCPs常见的典型磺胺类抗生素作为研究对象,通过功能化设计构建多种石墨相g-C3N4基复合光催化材料,优化制备条件,阐明制备条件与其晶体形貌、颗粒尺寸、磁性等的关系,使其成为具有可见光吸收能力强、高载流子分离效率和可快速回收的复合光催化材料,主要研究结论如下:(1)采用热氧化剥离法制备了12种g-C3N4可见光催化剂,以模型污染物亚甲基蓝的降解效果为评价标准进行光催化降解实验,在初始浓度为8mg/L的亚甲基蓝溶液中,可见光下照射120min之后,g-C3N4(U330)降解效率最高,能降解55.41%的亚甲基蓝,反应动力学常数为0.0067min-1。g-C3N4(U330)在可见光下对磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺噻唑、磺胺吡啶的进行降解,3mg/L的目标污染物溶液和g-C3N4光催化剂在120min内对磺胺类抗生素实现高效降解。g-C3N4对磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺噻唑、磺胺吡啶的降解率分别为91.33%、89.36、98.84%、73.12%,降解动力学常数分别为0.0204、0.0177、0.0326和0.0113min-1。以尿素为前驱体制备的g-C3N4(U330),具有更高的光催化活性,适合作为后续复合实验的基底物质。(2)通过功能化设计制备了1:8 Fe3O4/Ag3PO4/g-C3N4磁性复合光催化剂,来提高可见光吸收能力和光生载流子分离效率,同时优化制备条件,以提高对磺胺类抗生素的降解效果。制备了r GO/g-C3N4、Ag3PO4/g-C3N4光催化剂,通过对模型污染物亚甲基蓝的降解效率为评价,1:2 Ag3PO4/g-C3N4复合光催化剂120min对亚甲基蓝的降解率最高为69.74%。通过对不同质量比、水热合成温度制备条件的优化,水热合成温度为180℃时制备的1:8 Fe3O4/Ag3PO4/g-C3N4磁性复合光催化剂催化活性最高。在光照强度为500w、投加量为600mg/L、p H值为6的时候1:8 Fe3O4/Ag3PO4/g-C3N4磁性复合光催化剂120min内对磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺噻唑、磺胺吡啶、磺胺甲恶唑、磺胺异恶唑、磺胺嘧啶和盐酸四环素的降解效率分别为99.82%、99.46%、99.99%、99.60%、99.34%、99.99%、99.79%、90.00%。其中对磺胺二甲基嘧啶的矿化率为50.98%。对磺胺二甲基嘧啶经过5次循环后其降解率仍在98%以上,同时确定·O2-和h+是降解磺胺甲基嘧啶主要活性物种。在实际水质背景下1:8 Fe3O4/Ag3PO4/g-C3N4磁性复合光催化剂可见光对磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺吡啶的降解效率均在70%以上。(3)以静电浸渍法制备Bi2MoO6/g-C3N4和Bi OCl/g-C3N4复合光催化剂,通过对模型污染物亚甲基蓝的降解效率为评价标准,1:32 Bi2Mo O6/g-C3N4复合光催化剂降解亚甲基蓝的效率最高为61.47%。通过对不同质量比和水热合成温度制备条件的优化,在水热合成温度为140℃时制备的1:8 Fe3O4/Bi2Mo O6/g-C3N4磁性复合光催化剂催化活性最高。在光照强度为500w、投加量为800mg/L、p H值为9的时候1:8 Fe3O4/Bi2Mo O6/g-C3N4磁性复合光催化剂120min内对磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺噻唑、磺胺吡啶、磺胺甲恶唑、磺胺异恶唑、磺胺嘧啶和盐酸四环素的降解效率分别为92.65%、95.58%、40.95%、73.19%、11.09%、25.64%、89.15%、73.02%。其中对磺胺二甲基嘧啶的矿化率为10.14%,对磺胺二甲基嘧啶经过5次循环后其降解率仍在87%以上,同时确定·O2-和h+对应的光催化降解磺胺甲基嘧啶的贡献率分别为76.34%和85.47%。在实际水质背景下1:8Fe3O4/Bi2Mo O6/g-C3N4磁性复合光催化剂可见光降解磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺吡啶的降解效果整体偏低,主要由于实际水体环境水质复杂抑制光催化反应活性物种的生成。总体来说,1:8 Fe3O4/Bi2Mo O6/g-C3N4磁性复合光催化剂在实际水体中的降解效果达到预期效果,但需要后期改进以提高其在实际水体中的降解效果。