类Fenton反应协同钙钛矿型光催化剂降解土霉素的研究

发布时间：2020-11-12 05:53

　　 抗生素作为新型环境危险源日益受到学者们的广泛关注,寻找一种高效、环境友好的方法降解水体中的抗生素是目前迫切需要解决的问题。与传统Fenton方法相比,基于硫酸根自由基(·SO_4~-)的高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes,简称AOPs)因具有较好的降解能力、较广的pH值适用范围(pH=2-9)、效率高、易于储存和运输等优点在降解抗生素方面有着广阔的应用前景。钙钛矿型半导体(如BiFeO_3、CoTiO_3等)在光照下能够产生自由电子和空穴,同样具有降解抗生素的能力。鉴于过硫酸盐可以通过被紫外光、热或过渡金属离子等活化产生·SO_4~-,为更好的促进·SO_4~-的产生及其协同光催化反应降解抗生素,本文对过硫酸氢钾(PMS)协同钙钛矿型光催化剂降解土霉素进行了系统研究。本文的主要研究内容和结果如下:(1)过硫酸氢钾(PMS)氧化降解土霉素的研究。探究不同温度、PMS浓度、体系初始pH时PMS体系对土霉素的降解行为,并对反应动力学进行了讨论。结果表明增大PMS浓度、升高温度、降低pH均有利于土霉素的降解;与Fe~(2+)相比,Co~(2+)更有利于活化PMS产生·SO_4~-降解土霉素,在反应40 min后,土霉素的降解效率可达69.7%。(2)Co/BiFeO_3/PMS光催化协同降解土霉素的研究。采用水热法制备了不同Co掺杂BiFeO_3(简称Co/BiFeO_3)的复合粉体,并且对样品进行了X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及固体紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)表征。考察了Co/BiFeO_3在光催化和类Fenton氧化反应的协同作用下降解土霉素的能力。结果表明Co掺杂量越高土霉素降解效率越高。同样增大PMS浓度、升高温度、降低pH均有利于土霉素的降解。在反应40 min后,对土霉素的降解效率最高可达96.9%。(3)CoTiO_3/PMS光催化协同降解土霉素的研究。采用溶胶-凝胶法制备了CoTiO_3粉体材料,并且对样品进行了XRD、SEM以及UV-vis DRS漫反射表征。通过对比PMS、CoTiO_3、CoTiO_3/PMS这三种体系对土霉素的降解效果,发现CoTiO_3/PMS体系可以高效的降解土霉素,在光照40 min后土霉素的降解效率最高可达99.6%,表现出了明显的光催化-类Fenton协同作用。并在此基础上,进一步考察了CoTiO_3浓度、PMS浓度、反应温度和体系初始pH对反应速率的影响。
【学位单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O644.1;X52;O643.36
【部分图文】：

类 Fenton 反应协同钙钛矿型光催化剂降解土霉素的研基于本实验的研究目的，配置 200 ml 5 mg/L 的土霉素溶液，称取 0.2 g 的剂，进行一系列单因素实验，在实验中的不同时间点对溶液进行取样，并对样品进行固体 UV-Vis 光谱分析，以在相同实验中的不同时间获得 250-450吸光度，发现最大吸收波长为 353 nm。图 2.1 为未被氧化的 5 mg/L 土霉素在 250-450 nm 的紫外-可见光吸收光谱。分别对纯相 BiFeO3和 CoTiO3进行-可见光谱分析，取催化剂样品溶液于每个时刻在波长为 353 nm 处的紫外光吸光度 Abs，并根据式（9）计算其降解效率，从而检测样品对土霉素的降解程度，并分别绘制它们对土霉素的降解曲线，如图 2.2（a）和（b）所D = (1－C/C0)×100%

图.4.1 Co/BiFeO3样品的 X 射线衍射图Fig. 4.1 XRD patterns of Co/BiFeO3samples4.3.2 SEM 形貌分析图 4.2 为所制得 0.05 Co/BiFeO3样品的 SEM 形貌图谱。图（a）是 BiFeO3样品的 SEM 图，从图中我们可以看出，纯相 BiFeO3大约为 20 μm 的球状颗粒，分布均匀且大小均一。图（b）与（c）分别为高倍与低倍下 0.05 Co/BiFeO3样品的扫描电镜照片，从图中可以看出，掺杂后 BiFeO3的晶粒尺寸和形貌与纯相 BiFeO的变化不大，且掺杂后样品的晶粒分散性更好，可以看出 Co 掺杂后的晶粒尺寸和形貌并未被明显影响。

图 4.2 (a) 纯相 BiFeO3的 SEM 图像；(b, c) 0.05Co-BiFeO3样品在不同倍率下的 SEM 图像；(d) 0.05Co-BiFeO3样品的 EDS 图谱Fig.4.2 (a) SEM image of the pure BiFeO3; (b, c) SEM of 0.05Co-BiFeO3; (d) EDS spectrumimages of 0.05Co-BiFeO3为了对所制备的 0.05 样品的进行化学成分分析，能谱仪（EDS）对样品的测试结果如图 4.2（d）所示，所制得样品中除了在图中标记的 O、Bi 和 Fe 元素的明显信号外，EDS 的光谱还显示样品中几个弱的 Co 信号。进一步定量分析显示，Bi：Fe：Co 的摩尔比为 1.97：19.7：0.07，与目标产物 0.05 Co/BiFeO3中Bi、Fe 和 Co 的化学计量比相近，证明 Co 成功掺入 BiFeO3并产生 0.05 Co/BiFeO34.3.3 UV-vis DRS 光谱分析图 4.3 是 BiFeO3的紫外-可见光吸收光谱。由图 4.3 可知，在 547 nm 左右吸收峰开始快速下降，说明 BiFeO3对这个波长范围的光吸收较好。插图显示 BiFeO3的禁带宽度为插图直线与横坐标交点，约为 1.92 eV。
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本文编号：2880340