g-C 3 N 4 /TiO 2 光催化剂的制备及可见光下降解水中TCH研究
发布时间：2021-08-21 18:31
四环素类抗生素广泛使用所造成的水体污染问题,已被特别关注,亟待解决。其中,四环素的污染问题最为严重,四环素与盐酸结合所形成的盐酸四环素（TCH）水溶性很高、化学性质非常稳定,在水环境中长期大量存在,会严重威胁人体健康和水环境安全,进行有效控制迫在眉睫。光催化作为一种高级氧化水处理手段,对水中难降解有机物的去除具有明显的优势。其中,针对应用性强的可见光催化技术,还可进行更深入的探讨。对于以上问题,本文以石墨烯氮化碳（g-C3N4）为基础,利用半导体复合的方式增强其可见光活性,围绕水中TCH的去除难题展开了一系列研究,得到以下研究结果。通过简单的高温热缩合-行星球磨方法,制备了g-C3N4/TiO2复合光催化剂,并对制备条件进行了优选。实验中将可见光下催化剂对水中TCH的降解效果作为评价指标,完成了催化剂的优选制备,并利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）等分析测试手段对催化剂的理化性质进行了解析。...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四环素的结构式盐酸四环素（TCH）作为人类及家禽服用药剂时，存在片剂、粉针剂等剂型，
1.4.1 g-C3N4的起源及发展氮化碳最早发现于 1834 年，被认为是最古老的聚合物之一。然而自其被发现以后，这种材料的研究停留了 150 多年。直到 Cohen 和 Liu 在β-Si3N4结构基础上，产生了β-C3N4具有超高硬度的猜想，才再次启动了氮化碳材料的研究工作。随后，Niu 和 Cohen 通过脉冲激光刻蚀成功地合成了一种无定形和高结晶度的固体，并且将这种混合物认定为β-C3N4。β-C3N4对硅和镍基板都具有良好的附着力，兼具高硬度和热稳定性。对于氮化碳，存在着多种同分异构体，如α-C3N4、β-C3N4、准立方-C3N4、立方-C3N4以及 g-C3N4。其中，g-C3N4被认为是在正常环境条件下最稳定的形式。g-C3N4的二维结构可以被描绘为部分氮原子取代的石墨骨架，碳原子和氮原子以sp2 方式杂化，形成了具有共轭结构的类石墨平面。作为石墨类似物，g-C3N4中的层间距离较小，与石墨相比堆积更密集。对于 g-C3N4，三嗪环和 3-s-三嗪环在初始阶段被认为是其组成中的两种基本单元，结构分别如下图 1-2 中 a、b 所示。后经密度泛函理论计算推测以及实验证实，3-s-三嗪环形成的 g-C3N4热力学性质更稳定，因此 3-s-三嗪环是 g-C3N4的基本构造单元这一观点目前被更广泛接受。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文（2）光催化去除 TCH 效能探讨。g-C3N4/TiO2复合光催化剂可见光去除 TCH 过程受多种因素影响。由此，实验中探究了不同因素对可见光催化降解 TCH 过程的影响，包括：降解体系初始 pH值、催化剂剂量、TCH 初始浓度、常见的杂离子等。另外，考虑到催化剂的成本及活性问题，进行了催化剂的循环性实验来验证其稳定性，同时验证了催化剂以实际废水为背景时对 TCH 的去除效能。（3）光催化去除 TCH 机制解析。不同的活性物种在可见光催化过程中起到不同的作用，另外明确 TCH 在降解过程中的转化方式也尤其重要。因此，通过自由基捕获实验、紫外-可见全波长扫描以及 UPLC-MS/MS 等手段，分析了光催化过程的主要活性物种、矿化程度以及中间产物，随后完成了 TCH 降解路径的解析，最终提出了合理的光催化机理。1.5.3 技术路线本研究的技术路线如图 1-3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]响应面优化Ge/TiO2催化剂降解环丙沙星的初步研究[J]. 杜晓晴,马秀兰,王玉军,顾芳宁,张婧. 中国抗生素杂志. 2019(06)
[2]微生态制剂联合抗生素治疗ICU肺部感染的效果观察[J]. 陈骥. 黑龙江医药. 2019(02)
[3]CuO@C催化过二硫酸盐降解盐酸四环素研究[J]. 张霄,张静,闫春晖,黄雪,吴青萍. 水处理技术. 2019(04)
[4]电絮凝法去除水中四环素的效能及机理[J]. 高雪,吕建波,苏润西,郝雅荣,杨金梅,孙力平. 环境工程学报. 2019(04)
[5]微生态制剂联合抗生素对重症肺炎的治疗[J]. 郭青春,张杰根,史娜,杨艳,戴富林. 中国微生态学杂志. 2019(04)
[6]抗生素药物在猪病防治中的应用分析[J]. 董晓驹. 农民致富之友. 2019(11)
[7]喹诺酮类抗生素在水产养殖中应用的研究进展[J]. 张石云,宋超,陈家长. 江苏农业科学. 2019(03)
[8]小麦秸秆生物炭对四环素的吸附特性研究[J]. 谭珍珍,张学杨,骆俊鹏,方茹,史娟娟,王昌松. 水处理技术. 2019(02)
[9]石墨烯/TiO2复合材料的制备及其光催化性能的研究[J]. 毕耜静,郭春乾,康乐,周欣妹,王晓宁,蓝惠霞,张恒. 首都师范大学学报(自然科学版). 2019(01)
[10]硅藻土/玉米秸秆木质陶瓷制备及其对废水中四环素吸附动力学[J]. 高如琴,刘迪,谷一鸣,朱德宝,李国亭. 农业工程学报. 2019(03)
博士论文
[1]g-C3N4基可见光催化剂降解水中典型磺胺类抗生素的研究[D]. 宋亚丽.哈尔滨工业大学 2018
[2]臭氧氧化复合电化学活性膜去除水中四环素的研究[D]. 智丹.中国矿业大学(北京) 2018
硕士论文
[1]液质联用仪检测畜禽肉中四环素类药物残留的条件优化[D]. 王艳阳.东北农业大学 2018
[2]铀酰基配合物光降解四环素类抗生素的研究[D]. 任亚男.宁波大学 2018
[3]改性氮化碳降解水环境中四环素类抗生素的应用研究[D]. 张黎明.东南大学 2018
[4]钛基PbO2电极电催化降解废水中的四环素类抗生素[D]. 钱盛.西南大学 2018
[5]掺杂型黑色二氧化钛的制备及其光催化性能研究[D]. 张航.黑龙江大学 2016
本文编号：3356117
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四环素的结构式盐酸四环素（TCH）作为人类及家禽服用药剂时，存在片剂、粉针剂等剂型，
1.4.1 g-C3N4的起源及发展氮化碳最早发现于 1834 年，被认为是最古老的聚合物之一。然而自其被发现以后，这种材料的研究停留了 150 多年。直到 Cohen 和 Liu 在β-Si3N4结构基础上，产生了β-C3N4具有超高硬度的猜想，才再次启动了氮化碳材料的研究工作。随后，Niu 和 Cohen 通过脉冲激光刻蚀成功地合成了一种无定形和高结晶度的固体，并且将这种混合物认定为β-C3N4。β-C3N4对硅和镍基板都具有良好的附着力，兼具高硬度和热稳定性。对于氮化碳，存在着多种同分异构体，如α-C3N4、β-C3N4、准立方-C3N4、立方-C3N4以及 g-C3N4。其中，g-C3N4被认为是在正常环境条件下最稳定的形式。g-C3N4的二维结构可以被描绘为部分氮原子取代的石墨骨架，碳原子和氮原子以sp2 方式杂化，形成了具有共轭结构的类石墨平面。作为石墨类似物，g-C3N4中的层间距离较小，与石墨相比堆积更密集。对于 g-C3N4，三嗪环和 3-s-三嗪环在初始阶段被认为是其组成中的两种基本单元，结构分别如下图 1-2 中 a、b 所示。后经密度泛函理论计算推测以及实验证实，3-s-三嗪环形成的 g-C3N4热力学性质更稳定，因此 3-s-三嗪环是 g-C3N4的基本构造单元这一观点目前被更广泛接受。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文（2）光催化去除 TCH 效能探讨。g-C3N4/TiO2复合光催化剂可见光去除 TCH 过程受多种因素影响。由此，实验中探究了不同因素对可见光催化降解 TCH 过程的影响，包括：降解体系初始 pH值、催化剂剂量、TCH 初始浓度、常见的杂离子等。另外，考虑到催化剂的成本及活性问题，进行了催化剂的循环性实验来验证其稳定性，同时验证了催化剂以实际废水为背景时对 TCH 的去除效能。（3）光催化去除 TCH 机制解析。不同的活性物种在可见光催化过程中起到不同的作用，另外明确 TCH 在降解过程中的转化方式也尤其重要。因此，通过自由基捕获实验、紫外-可见全波长扫描以及 UPLC-MS/MS 等手段，分析了光催化过程的主要活性物种、矿化程度以及中间产物，随后完成了 TCH 降解路径的解析，最终提出了合理的光催化机理。1.5.3 技术路线本研究的技术路线如图 1-3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]响应面优化Ge/TiO2催化剂降解环丙沙星的初步研究[J]. 杜晓晴,马秀兰,王玉军,顾芳宁,张婧. 中国抗生素杂志. 2019(06)
[2]微生态制剂联合抗生素治疗ICU肺部感染的效果观察[J]. 陈骥. 黑龙江医药. 2019(02)
[3]CuO@C催化过二硫酸盐降解盐酸四环素研究[J]. 张霄,张静,闫春晖,黄雪,吴青萍. 水处理技术. 2019(04)
[4]电絮凝法去除水中四环素的效能及机理[J]. 高雪,吕建波,苏润西,郝雅荣,杨金梅,孙力平. 环境工程学报. 2019(04)
[5]微生态制剂联合抗生素对重症肺炎的治疗[J]. 郭青春,张杰根,史娜,杨艳,戴富林. 中国微生态学杂志. 2019(04)
[6]抗生素药物在猪病防治中的应用分析[J]. 董晓驹. 农民致富之友. 2019(11)
[7]喹诺酮类抗生素在水产养殖中应用的研究进展[J]. 张石云,宋超,陈家长. 江苏农业科学. 2019(03)
[8]小麦秸秆生物炭对四环素的吸附特性研究[J]. 谭珍珍,张学杨,骆俊鹏,方茹,史娟娟,王昌松. 水处理技术. 2019(02)
[9]石墨烯/TiO2复合材料的制备及其光催化性能的研究[J]. 毕耜静,郭春乾,康乐,周欣妹,王晓宁,蓝惠霞,张恒. 首都师范大学学报(自然科学版). 2019(01)
[10]硅藻土/玉米秸秆木质陶瓷制备及其对废水中四环素吸附动力学[J]. 高如琴,刘迪,谷一鸣,朱德宝,李国亭. 农业工程学报. 2019(03)
博士论文
[1]g-C3N4基可见光催化剂降解水中典型磺胺类抗生素的研究[D]. 宋亚丽.哈尔滨工业大学 2018
[2]臭氧氧化复合电化学活性膜去除水中四环素的研究[D]. 智丹.中国矿业大学(北京) 2018
硕士论文
[1]液质联用仪检测畜禽肉中四环素类药物残留的条件优化[D]. 王艳阳.东北农业大学 2018
[2]铀酰基配合物光降解四环素类抗生素的研究[D]. 任亚男.宁波大学 2018
[3]改性氮化碳降解水环境中四环素类抗生素的应用研究[D]. 张黎明.东南大学 2018
[4]钛基PbO2电极电催化降解废水中的四环素类抗生素[D]. 钱盛.西南大学 2018
[5]掺杂型黑色二氧化钛的制备及其光催化性能研究[D]. 张航.黑龙江大学 2016
本文编号：3356117
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