基于二氧化钛光催化技术对模拟牧业废水中盐酸四环素降解的研究
发布时间：2021-02-02 19:30
随着科技的进步,民族地区的畜牧业得到了快速的发展,为民族地区社会经济的发展做出了重要贡献。然而,为了防御牲畜的疾病,常添加抗生素（特别是盐酸四环素）。由于畜牧业所使用的盐酸四环素母体化学结构稳定,大部分被牲畜以原药或代谢物的形式排出体外进入水体和土壤,对民族地区的生态环境造成严重的破坏。处理盐酸四环素的传统方法有物理吸附、生物降解等,但去除效率比较低,而半导体光催化技术催化效率高,且不会带来二次污染,是目前最有前途的处理盐酸四环素的有效方法之一。半导体光催化氧化技术是半导体材料在一定波长光的照射下,被激发产生电子和空穴,然后通过与其表面吸附的抗生素产生氧化还原反应降解去除抗生素。二氧化钛具有进行光催化反应的合适能带结构、成本低、无毒、稳定性好等优点,因此它被认为是一种重要的光催化剂,但是二氧化钛是宽禁带半导体,对太阳光的利用率比较低。此外,二氧化钛的光生电子和空穴容易发生复合导致其量子效率低,从而限制了在废水中有机污染物处理等领域的实际应用。本论文的研究目标是获得具有优异光催化性能的二氧化钛基光催化材料,实现对民族地区牧业废水中盐酸四环素的高效降解。鉴于不同类型结构的材料与二氧化钛复合...
【文章来源】：中央民族大学北京市 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－４碳－二氧化钛的制备过程、光催化性能及光催化反应的机理图
通过水热法和液相化学生长法制备二氧化钛－氢氧化镍ｐ－ｎ异质结纳米棒阵??列。首先以掺杂氟的氧化锡（ＦＴＯ）导电玻璃为衬底，利用水热法在ＦＴＯ导电玻??璃上制备二氧化钛纳米棒阵列，然后利用液相化学生长法在二氧化钛纳米棒阵列??上生长氢氧化镍纳米结构，构建二氧化钛－氢氧化镍ｐ－ｎ异质结纳米棒阵列。图??３－１为二氧化钛－氢氧化镍异质结纳米棒阵列的制备过程示意图。具体的实验步骤??如下：??Ｃｌｅａｎｉｎｇ??ＦＴＯ??Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ?ｇｒｏｗｔｈ??＇?Ｉ??ＴｉＯｒＮｉ（ＯＨ）２?Ｔｉ０２??图３－１二氧化钕－氢氧化镍异质结纳米棒阵列的制备流程示意图。??Ｆｉｇ。３－１．?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?Ｔｉ〇２－Ｎｉ（ＯＨ）２?ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ??ｎａｎｏｒｏｄ?ａｒｒａｙｓ．??（１）为确保将二氧化钛纳米棒阵列生长在ＦＴＯ基底上，生长二氧化钛纳米??棒阵列前，需对ＦＴ？进行清洗。具体清洗过程为：首先用棉签蘸取少量洗涤灵??将ＦＴＯ玻璃片擦拭一遍，用去离子水冲洗后，再分别用异丙醇、无水乙醇和去??离子水超声清洗３０分钟，干燥后，将导电面朝下斜靠放入５０?ｍＬ聚四氟乙烯反??应釜内胆中备用。??（２）二氧化钛纳米棒阵列的制备。利用水热法在ＦＴＯ基底制备二氧化钛纳??米棒阵列［１５６］。制备过程如下：分别将１５毫升去离子水和１５毫升的浓盐酸加入??２８??
－氢氧化镍纳米棒阵列的Ｘ射线衍射谱（图３－２?（ｃ））在２０为３３．０°及３８．５°处出现??了两个明显的衍射峰，这两个衍射峰分别来源于氢氧化镍（ＪＣＰＤＳ?Ｎｏ．?７６－０３１８）的??（１００）及（１０１）晶面［１５吣Ｘ射线衍射测试结果表明，通过简单的液相化学生长的方??法成功地将氢氧化镍生长在二氧化钛半导体上。??？?Ｎｉ（ＯＨ）２??？?Ｔｉ〇２??＾?Ｉ?ｆ?＊?ＦＴＯ??＾?＾?＾?Ｉ?Ｉ??￣?Ｊ＼—ａＪＬ＾?Ｃ?ａ??２?＾?二?一?＼??Ｓ?ｔ．－?－?二??ｆｌ??Ａ?一?Ａ?＾＿／ｖ?Ｌ＿ｂ—???Ａ＾Ｌｉ—?Ｌ?ｔ?ｔ?ａ??２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０??２０?（ｄｅｇｒｅｅ）??图３－２?ＦＴＯ导电玻璃、纯的二氧化钛纳米棒阵列及二氧化钛－氢氧化镍纳米棒阵列的Ｘ??射线衍射图。??Ｆｉｇ．?３－２?ＸＲＤ?ｐａｔｔｅｒｎｓ?ｏｆ?ＦＴＯ?ｓｕｂｓｔｒａｔｅ，?ｐｕｒｅ?Ｔｉ〇２?ａｎｄ?Ｔｉ〇２－Ｎｉ（ＯＨ）２?ｎａｎｏｒｏｄ?ａｒｒａｙｓ．??通过扫描电镜研究了二氧化钛和二氧化钛－氢氧化镍纳米棒阵列的形貌特征??和尺寸。图３－３是所制备样品的扫描电镜图，其中图３－３?（ａ）和（ｂ）为不同倍率下的??二氧化钛纳米棒的扫描电镜图。从图３－３（ａ）中可以看出，大量的二氧化钛纳米棒??生长在ＦＴＯ基底上，并将其完全覆盖。这些生长在导电玻璃上的二氧化钛纳米??棒为规整的四棱柱。此外，在图３－３?（ｂ）二氧化钛的高倍扫描电镜图中可以看出其??侧面比较光滑，并且可以测得其横截面直径大约为１５０?ｎｍ。图３－３?（ｃ）为二氧化??钛－氢氧化镍的低倍扫描电镜图。可
【参考文献】：
期刊论文
[1]规模化畜牧养殖对生态环境的破坏与防治研究[J]. 侯超鹏. 当代畜禽养殖业. 2019(01)
[2]负载型银掺杂二氧化钛光催化降解盐酸四环素特性研究[J]. 罗力莎,邹东雷,陈宇溪,时峥,孙守晋. 环境与健康杂志. 2017(09)
[3]钨酸铋对四环素光催化降解性能[J]. 张帆,柴凤兰,李敬,余科义. 化学研究. 2017(03)
[4]Fenton试剂氧化降解水中的盐酸四环素[J]. 李道荣,牛振华,包瑞格,万东锦,刘永德,张良波. 环境工程学报. 2017(04)
[5]云南省规模化畜禽养殖污染现状及防治对策[J]. 赵祥华,侯娟,袁跃云,刘红文. 环境科学导刊. 2016(03)
[6]四环素光催化降解特性与选择性研究[J]. 宋晨怡,尹大强. 环境科学. 2014(02)
[7]我国少数民族地区畜牧业存在的问题及发展对策[J]. 王谊鹃. 改革与战略. 2011(08)
[8]畜禽排泄物中抗生素残留与控制技术研究进展[J]. 王惠惠,王淑平. 土壤通报. 2011(01)
博士论文
[1]基于畜牧废水中抗生素降解的新型功能材料制备与应用研究[D]. 余燕敏.中央民族大学 2017
硕士论文
[1]二氧化钛纳米管的制备改性及光催化去除水中四环素类抗生素[D]. 卢昶雨.长安大学 2014
本文编号：3015252
【文章来源】：中央民族大学北京市 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－４碳－二氧化钛的制备过程、光催化性能及光催化反应的机理图
通过水热法和液相化学生长法制备二氧化钛－氢氧化镍ｐ－ｎ异质结纳米棒阵??列。首先以掺杂氟的氧化锡（ＦＴＯ）导电玻璃为衬底，利用水热法在ＦＴＯ导电玻??璃上制备二氧化钛纳米棒阵列，然后利用液相化学生长法在二氧化钛纳米棒阵列??上生长氢氧化镍纳米结构，构建二氧化钛－氢氧化镍ｐ－ｎ异质结纳米棒阵列。图??３－１为二氧化钛－氢氧化镍异质结纳米棒阵列的制备过程示意图。具体的实验步骤??如下：??Ｃｌｅａｎｉｎｇ??ＦＴＯ??Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ?ｇｒｏｗｔｈ??＇?Ｉ??ＴｉＯｒＮｉ（ＯＨ）２?Ｔｉ０２??图３－１二氧化钕－氢氧化镍异质结纳米棒阵列的制备流程示意图。??Ｆｉｇ。３－１．?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?Ｔｉ〇２－Ｎｉ（ＯＨ）２?ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ??ｎａｎｏｒｏｄ?ａｒｒａｙｓ．??（１）为确保将二氧化钛纳米棒阵列生长在ＦＴＯ基底上，生长二氧化钛纳米??棒阵列前，需对ＦＴ？进行清洗。具体清洗过程为：首先用棉签蘸取少量洗涤灵??将ＦＴＯ玻璃片擦拭一遍，用去离子水冲洗后，再分别用异丙醇、无水乙醇和去??离子水超声清洗３０分钟，干燥后，将导电面朝下斜靠放入５０?ｍＬ聚四氟乙烯反??应釜内胆中备用。??（２）二氧化钛纳米棒阵列的制备。利用水热法在ＦＴＯ基底制备二氧化钛纳??米棒阵列［１５６］。制备过程如下：分别将１５毫升去离子水和１５毫升的浓盐酸加入??２８??
－氢氧化镍纳米棒阵列的Ｘ射线衍射谱（图３－２?（ｃ））在２０为３３．０°及３８．５°处出现??了两个明显的衍射峰，这两个衍射峰分别来源于氢氧化镍（ＪＣＰＤＳ?Ｎｏ．?７６－０３１８）的??（１００）及（１０１）晶面［１５吣Ｘ射线衍射测试结果表明，通过简单的液相化学生长的方??法成功地将氢氧化镍生长在二氧化钛半导体上。??？?Ｎｉ（ＯＨ）２??？?Ｔｉ〇２??＾?Ｉ?ｆ?＊?ＦＴＯ??＾?＾?＾?Ｉ?Ｉ??￣?Ｊ＼—ａＪＬ＾?Ｃ?ａ??２?＾?二?一?＼??Ｓ?ｔ．－?－?二??ｆｌ??Ａ?一?Ａ?＾＿／ｖ?Ｌ＿ｂ—???Ａ＾Ｌｉ—?Ｌ?ｔ?ｔ?ａ??２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０??２０?（ｄｅｇｒｅｅ）??图３－２?ＦＴＯ导电玻璃、纯的二氧化钛纳米棒阵列及二氧化钛－氢氧化镍纳米棒阵列的Ｘ??射线衍射图。??Ｆｉｇ．?３－２?ＸＲＤ?ｐａｔｔｅｒｎｓ?ｏｆ?ＦＴＯ?ｓｕｂｓｔｒａｔｅ，?ｐｕｒｅ?Ｔｉ〇２?ａｎｄ?Ｔｉ〇２－Ｎｉ（ＯＨ）２?ｎａｎｏｒｏｄ?ａｒｒａｙｓ．??通过扫描电镜研究了二氧化钛和二氧化钛－氢氧化镍纳米棒阵列的形貌特征??和尺寸。图３－３是所制备样品的扫描电镜图，其中图３－３?（ａ）和（ｂ）为不同倍率下的??二氧化钛纳米棒的扫描电镜图。从图３－３（ａ）中可以看出，大量的二氧化钛纳米棒??生长在ＦＴＯ基底上，并将其完全覆盖。这些生长在导电玻璃上的二氧化钛纳米??棒为规整的四棱柱。此外，在图３－３?（ｂ）二氧化钛的高倍扫描电镜图中可以看出其??侧面比较光滑，并且可以测得其横截面直径大约为１５０?ｎｍ。图３－３?（ｃ）为二氧化??钛－氢氧化镍的低倍扫描电镜图。可
【参考文献】：
期刊论文
[1]规模化畜牧养殖对生态环境的破坏与防治研究[J]. 侯超鹏. 当代畜禽养殖业. 2019(01)
[2]负载型银掺杂二氧化钛光催化降解盐酸四环素特性研究[J]. 罗力莎,邹东雷,陈宇溪,时峥,孙守晋. 环境与健康杂志. 2017(09)
[3]钨酸铋对四环素光催化降解性能[J]. 张帆,柴凤兰,李敬,余科义. 化学研究. 2017(03)
[4]Fenton试剂氧化降解水中的盐酸四环素[J]. 李道荣,牛振华,包瑞格,万东锦,刘永德,张良波. 环境工程学报. 2017(04)
[5]云南省规模化畜禽养殖污染现状及防治对策[J]. 赵祥华,侯娟,袁跃云,刘红文. 环境科学导刊. 2016(03)
[6]四环素光催化降解特性与选择性研究[J]. 宋晨怡,尹大强. 环境科学. 2014(02)
[7]我国少数民族地区畜牧业存在的问题及发展对策[J]. 王谊鹃. 改革与战略. 2011(08)
[8]畜禽排泄物中抗生素残留与控制技术研究进展[J]. 王惠惠,王淑平. 土壤通报. 2011(01)
博士论文
[1]基于畜牧废水中抗生素降解的新型功能材料制备与应用研究[D]. 余燕敏.中央民族大学 2017
硕士论文
[1]二氧化钛纳米管的制备改性及光催化去除水中四环素类抗生素[D]. 卢昶雨.长安大学 2014
本文编号：3015252
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