N-CDs@Nb_(2)O_(5)-AMMC纳米材料的制备及其可见光催化性能研究

通过工艺简单的水热法成功制备出N-CDs和不同含量N-CDs修饰的N-CDs-X@Nb_(2)O_(5)-AMMC纳米材料。对N-CDs-X@Nb_(2)O_(5)-AMMC进行XRD、SEM、TEM、FT-IR、XPS和UV-vis DRS等表征分析。结果表明,经过N-CDs改性之后Nb_(2)O_(5)-AMMC的带隙变窄,样品的吸收边红移和光吸收范围变宽,从而有利于提高光催化性能。另外,N-CDs减少了电子传输的阻力,有利于光生电子向N-CDs结构的转移,同时光生载流子的迁移及分离效率提高,有利于光催化反应的进行。与纯Nb_(2)O_(5)-AMMC相比,N-CDs-X@Nb_(2)O_(5)-AMMC在可见光下光催化降解TC-HCl的性能均有提高,其中样品N-CDs-1@Nb_(2)O_(5)-AMMC的降解效率最高,1 h内对TC-HCl的降解率能达到63.2%,是纯Nb_(2)O_(5)-AMMC的1.59倍。

铁铜负载生物炭催化H_(2)O_(2)降解药物类新污染物研究

以花生壳为原材料,高铁酸钾(K_(2)FeO_(4))、Cu(NO_(3))_(2)为活化剂和金属源通过一步热解法,制备铁铜负载石墨化生物炭催化剂(FCBC)构建FCBC-H_(2)O_(2)非均相Fenton体系,考察其对盐酸四环素(TC)和对乙酰氨基酚(ACE)的降解效果及机理。结果表明,在最佳反应条件pH=3、FCBC投加量为0.7 g/L、H_(2)O_(2)浓度为10 mmol/L条件下,可有效降解98%的TC和97%的ACE。在pH=2~6范围内,FCBC均具有较高的催化性能,反应体系主要受H_(2)O_(2)投加量影响。通过SEM、XRD、FTIR、XPS、BET等方法对FCBC催化剂的结构进行表征,FCBC石墨化程度较高,拥有丰富的孔结构和较大的比表面积(685.11 m^(2)/g),生物炭表面铁元素主要以Fe0和Fe_(3)O_(4)形态,铜元素主要以Cu^(0)形态存在。Cu^(0)不仅增加生物炭表面吸附和催化活性位点,还可加速Fe^(2+)/Fe^(3+)的循环提高反应催化效率。FCBC催化材料稳定具有良好的重复利用率,在实际水体模拟试验中表现出良好的催化性能。研究成果可为非均相芬顿降解药物类新污染物的催化材料选择和应用提供指导和支持。

高效降解盐酸四环素的CdS/BiOCl复合光催化剂的制备及性能

采用水热法制备了BiOCl超薄纳米片,并将CdS纳米晶体沉积于BiOCl表面制备CdS/BiOCl复合光催化剂。XRD测试结果证明CdS的沉积不会改变BiOCl的晶体结构。XPS测试结果表明CdS/BiOCl复合材料已被成功合成。SEM及HRTEM测试结果证明,CdS纳米晶体均匀沉积在BiOCl的表面。荧光光谱分析数据表明CdS/BiOCl复合材料的电子-空穴分离效果得到有效提高,均优于纯BiOCl材料,且随着Cd(Ac)_(2)·2H_(2)O添加量的增加,复合材料的荧光光谱强度呈现先减弱后增强的现象。根据紫外可见漫反射光谱及XPS价带谱测试结果,计算出复合材料的价带与导带电位。以盐酸四环素作为模拟污染物评价光催化剂的活性,结果表明,CdS/BiOCl复合材料光催化活性更高,仅需经过5 min的可见光照射后,优选的CdS/BiOCl(CB-8)复合材料对盐酸四环素的去除率可达70.6%,为纯BiOCl的16.2倍。最终,根据XPS价带谱和活性物种捕获实验结果推测了CdS/BiOCl复合光催化剂的光催化反应机理。

蜂巢状LaVO_(4)/Bi_(2)O_(3)异质结光催化降解盐酸四环素的研究

为提升Bi_(2)O_(3)的光催化活性,采用溶剂热和水热法制备了LaVO_(4)/Bi_(2)O_(3)复合材料。利用多种手段对LaVO_(4)/Bi_(2)O_(3)的结构、形貌和性能进行了表征与分析,并以盐酸四环素(TCH)作为降解对象,考察了该复合材料的光催化活性。研究结果表明,LaVO_(4)紧密负载在Bi_(2)O_(3)表面,形成Z型异质结,这种结构能有效促进光生载流子分离,从而显著提高LaVO_(4)/Bi_(2)O_(3)的可见光催化活性。LaVO_(4)/Bi_(2)O_(3)复合催化剂具有蜂巢状形貌,这种形貌显著提升了催化剂的比表面积,并有利于反应物分子的吸附、扩散和运输。LaVO_(4)/Bi_(2)O_(3)对TCH的降解效果优于Bi_(2)O_(3)和LaVO_(4),当LaVO_(4)质量分数为5%时,复合催化剂的光催化活性及稳定性最好。在可见光照射3 h后LaVO_(4)/Bi_(2)O_(3)对TCH的降解率可达86.32%,4次循环后对TCH的降解率仍然可达到76.58%,说明其理化性能稳定,能够长期循环使用。淬灭实验表明,LaVO_(4)/Bi_(2)O_(3)降解TCH过程中的主要活性物种为·OH和·O_(2)^(-)。本研究为提升Bi_(2)O_(3)的光催化活性及有效去除水体中的TCH提供了一种新思路。

WO_(2)/Ag_(3)VO_(4)Z型异质结的构建及其光催化性能

利用水热法和超声辅助沉淀法制备了Z型异质结WO_(2)/Ag_(3)VO_(4)复合光催化剂。采用多种表征手段对其晶体结构、形貌和性能进行了表征,并以盐酸四环素(TCH)为降解对象考察了WO_(2)/Ag_(3)VO_(4)复合催化剂的光催化活性。结果表明:简单斜方的WO_(2)负载在单斜相的Ag_(3)VO_(4)表面,形成Z型异质结结构,这种结构以及Ag_(3)VO_(4)光腐蚀产生的Ag0,能加速无效电子-空穴对的复合,促进有效光生载流子的分离,提升WO_(2)/Ag_(3)VO_(4)复合催化剂的可见光催化活性;WO_(2)/Ag_(3)VO_(4)复合催化剂对TCH的降解效果明显优于纯WO_(2)和Ag_(3)VO_(4),其中5 wt%WO_(2)/Ag_(3)VO_(4)的效果最好,可见光下3 h对TCH的降解率可达85.8%,且降解过程符合一级动力学反应模型。

蒙脱土吸附去除盐酸四环素(TCH)实验研究

盐酸四环素(TCH)被广泛应用于医疗、畜牧养殖和农业等行业中,但由于在使用过程中不能被人和动物完全吸收,而是随粪便与尿液排泄进入环境水体,而TCH会破坏生态环境、危害人体健康、催生耐药毒菌,对环境和人体健康造成威胁,因此找到一种经济高效的去除方法对于水质安全非常重要。目前,水中TCH的去除方法主要包括化学法、生物法和物理法,相对于化学与生物处理法,物理法中的吸附法去除污染水体中的TCH具有成本低、环境友好、高效稳定、操作简单的特点,其中在吸附材料的选择上,炭基材料和矿物材料往往呈现粉末状,不易回收,对环境有二次污染的隐患,与之相比,凝胶材料适宜于对有机污染物的去除,因此,寻求一种价格低廉,吸附效果好的吸附剂是目前吸附法的研究热点。蒙脱土(MMT)作为一种土状矿物,表面带有大量永久性负电荷,晶体结构稳定,机械强度高,由于其价格低廉,易于获得,吸附性能优越的特点,在污水处理中,常用于吸附去除重金属离子、染料、酚类化合物,多环芳烃等,去除效果较好,但目前还没单独使用MMT进行TCH吸附方面的研究,鉴于此背景,旨在研究MMT吸附TCH的吸附性能和效果。通过研究,发现Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型对MMT吸附TCH具有较好的拟合效果,表明其吸附为多层吸附,且在60 min内即可达到总吸附量的87%,Langmuir饱和吸附量可达到118.6 mg/g。Gibbs自由能ΔG0皆为负值,表明MMT对TCH的吸附是自发过程,容易进行。计算所得焓变和熵变均大于零,说明吸附进程为吸热过程,吸附随机发生在固液表面,提高温度对吸附有促进作用,与温度影响实验所得结论一致,再次说明吸附过程为吸热反应,提高温度有利于吸附进行。溶液pH对吸附性能影响显著,pH从3增加到10,吸附量先增大后减小,最佳pH值为6~8。这是由于在强酸性条件下,H+与TCH形成竞争吸附,所以MMT对TCH的吸附量较低。当pH值提高,H+浓度降低,与TCH的竞争吸附减弱,因此MMT对TCH的静电吸附量提高。但随着pH值继续升高,TCH逐渐变为H2TC-及HTC2-形态,与带负电荷的MMT之间产生静电斥力,造成吸附量降低。根据上述实验结果和表征分析,分析机理可得,MMT对TCH的吸附过程包括同时包括物理吸附与化学作用,其中化学作用在其中占主导。MMT中的Al-O-H基团能与TCH分子上的三羰基酰胺基团以及羟基基团形成氢键作用,且在pH<5时存在一定的静电引力。综上所述,由于MMT成本低廉,对TCH的吸附速率快,吸附量大,在吸附TCH性能上有其独特优势,因此在实际含TCH废水处理中具有较好的应用前景。

单层Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZnO复合光催化剂的制备及对盐酸四环素的降解应用

采用二甲基亚砜(DMSO)插层法制备单层Ti_(3)C_(2)T_(x),并用共沉淀法合成了高催化活性的Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZnO复合光催化剂。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段进行表征。结果表明:ZnO与Ti_(3)C_(2)T_(x)复合后,其光催化性能得到了明显提升,当Ti_(3)C_(2)T_(x)与ZnO复合比例为16%时,其具有最佳的降解效果,在可见光照射2h下对盐酸四环素(TCH)降解率可达91.36%。光催化活性的提高主要由于Ti_(3)C_(2)T_(x)与ZnO表面形成的肖特基势垒有效地抑制了电子空穴的复合,提高了光催化效率。

核壳结构污泥基陶粒对抗生素的吸附机理研究

随着城镇化的不断发展,污水处理厂剩余污泥的处置形势严峻。污泥具有结构疏松,孔隙率大,比表面积大等特性,将其作为主要基体,蒙脱石为黏结剂,辅以粉煤灰为助剂,制备一种核壳结构的污泥基陶粒,并以盐酸四环素作为处理对象检验其吸附性能。结果表明,当蒙脱石的掺量为20%时,污泥陶粒的内核具有疏松的大孔结构,外壳具有致密的微孔结构,SBET为49160 cm^(2)/g。污泥陶粒对盐酸四环素的最大吸附量为7.95 mg/g,其吸附过程遵循准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型。扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)显示,核壳结构的污泥陶粒主要是靠内核的大孔结构发挥吸附作用,大孔结构提供充足的吸附空间;外壳的微孔结构发挥扩散作用,微孔结构为盐酸四环素扩散提供孔隙通道。

基于Eu^(3+)-生物质碳量子点探针的比率型荧光传感体系检测盐酸四环素

该文以橙皮为原料制备的碳量子点(CDs)与铕离子(Eu^(3+))构建双发射比率型荧光探针(Eu^(3+)-CDs)并用于抗生素盐酸四环素的检测。在370 nm激发波长下,Eu^(3+)-CDs荧光探针在425 nm处出现较强的蓝色荧光峰,在617 nm处出现较弱的红色荧光峰。随着盐酸四环素浓度的逐渐增大,Eu3+与盐酸四环素螯合形成的配合物增多,在425 nm处的CDs荧光(I_(F425))逐渐减弱,而617 nm处铕配合物的荧光(I_(F617))逐渐增强,可基于荧光强度比I_(F617)/I_(F425)的变化对盐酸四环素进行测定。考察了Eu^(3+)的浓度、pH值和反应时间对探针荧光强度的影响。在最佳条件下,该双发射比率型荧光探针对盐酸四环素具有特异性识别能力,荧光强度比(I_(F617)/I_(F425))与盐酸四环素浓度在10~100µmol/L范围内存在良好的线性关系,相关系数r^(2)=0.9926,检出限为5.09µmol/L。该方法成功用于猪肉中盐酸四环素含量的检测,加标回收率为102%~110%,相对标准偏差为0.20%~2.4%,具有较好的实用性。

缺陷型Cu-Bi共掺杂TiO_(2)光催化剂的制备及其降解四环素的研究

以钛酸四丁酯、硝酸铜、硝酸铋为原料,采用溶胶-凝胶法制备前驱体溶液,经干燥、机械活化(MA)、煅烧处理,制备缺陷型Cu-Bi共掺杂TiO_(2)复合光催化剂,利用XRD、SEM、TEM、XPS、BET、PL等进行表征,在可见光辐照下,对光催化剂降解的盐酸四环素(TC)性能进行了研究。结果表明,在MA处理20 min,铜、铋掺杂量均为1%,用量0.25 g/L的条件下,120 min内TC降解率达96.5%。

CuFe_(2)O_(4)改性荔枝壳生物炭对水中盐酸四环素的吸附研究

为实现“以废治污”的目标,以废弃荔枝壳为原料制备生物炭(BC),并采用共沉淀法制备出CuFe_(2)O_(4)改性荔枝壳生物炭复合吸附材料(CuFe_(2)O_(4)@BC)用于水体中盐酸四环素(TCH)的去除。通过BET、SEM-EDS、XRD、FTIR分析了复合吸附材料的微观结构和理化特性,证实了CuFe_(2)O_(4)在荔枝壳生物炭上成功合成且分布均匀。考察了溶液pH、材料投加量、环境温度等因素对CuFe_(2)O_(4)@BC吸附TCH性能的影响,结果表明,相较于改性前BC,CuFe_(2)O_(4)@BC对TCH的吸附能力显著提升,且当pH=5、投加量为0.7 g/L、温度为298 K时,对20 mg/L TCH的去除率达86.34%。吸附过程更符合准二级动力学模型和Freundlich等温模型,吸附过程是以化学吸附为主导的多分子层吸附。

三明治结构钌插层二氧化钛光催化四环素降解性能研究

纳米TiO_(2)具有高催化活性、高化学稳定性、成本低廉和安全无毒等优势,是目前广泛使用的一类光催化剂,但较大的禁带宽度和较高的光生电子-空穴复合速率使其光子利用率偏低。本研究利用微刻蚀法设计合成了二维TiO_(2)纳米片,并进一步与Ru复合,构建了三明治结构Ru@TiO_(2)高效光催化剂。采用不同表征手段研究了三明治结构Ru@TiO_(2)的表面形貌、电子结构、光电特性和光降解盐酸四环素的性能。结果表明:插入Ru将TiO_(2)的光响应范围由紫外光区拓展至整个可见-近红外光区,光子吸收和载流子分离效率得以提升,同时提高了体系光催化活性。模拟太阳光(AM 1.5G,100 mW·cm^(–2))照射80 min,三明治结构Ru@TiO_(2)高效光催化剂对盐酸四环素的降解效果出色,降解效率达到91.91%。本研究为TiO_(2)基高效光催化剂结构设计提供了一条有效途径。

改性生物炭活化过硫酸盐降解盐酸四环素

以双氧水改性磁性生物炭(H_(2)O_(2)Modified Biochar,HMB)为过二硫酸盐(PDS)的活化剂降解盐酸四环素(TC),考察初始pH值对TC降解的影响.通过淬灭试验和电子顺磁共振(EPR)鉴定活性物种,结合XPS分析、密度泛函理论(DFT)计算和液质联用仪(LC-MS)检测,探究HMB活化PDS降解TC的反应机理和降解路径.结果表明,经双氧水改性后,在TC浓度20mg/L,PDS浓度1mmol/L,HMB投加量为0.5g/L的条件下,TC去除率83.9%,显著高于单独PDS或生物炭体系,且去除率随pH值增大而减小.猝灭试验和EPR分析表明TC降解存在自由基路径和非自由基路径,活性物种主要包括SO_(4)^(-)、·OH、O_(2)^(-).和^(1)O_(2).XPS表明羰基(C=O)是HMB/PDS体系降解TC的主要活性位点.DFT计算进一步定量分析C=O对HMB催化PDS的贡献.结合LC-MS和理论计算提出了TC的2条降解路径,降解方式包括脱酰胺、羟基化、去甲基化、脱水开环等.

铜基氮碳微球对废水中盐酸四环素的吸附性能

以水溶性低相对分子质量壳聚糖(0.1000 g)为碳源和氮源,Cu(NO_(3))_(2)·3H_(2)O(0.2174、0.2899、0.6522 g)为铜源,采用一步水热法制备了3种铜基氮碳微球Cu-x/NC(x=1、2、3),通过SEM、FTIR、XRD、Raman光谱和BET对Cu-x/NC进行了表征,通过静态吸附实验考察了Cu-x/NC对盐酸四环素(TC)的吸附性能,并测定了吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学参数,测试了Cu-x/NC抗离子干扰、pH稳定性和循环吸附性能。结果表明,Cu-x/NC呈规整的球形结构,表面有含氧和含氮基团,并均匀分布着Cu元素;在25℃吸附温度和24h吸附时间的条件下,Cu-2/NC(5 mg)表现出吸附TC的最大平衡吸附容量(1993.42 mg/g);Cu-2/NC吸附TC符合Langmuir等温线模型和准二级动力学模型,吸附过程是自发、吸热过程;TC溶液中存在NaCl不会降低Cu-2/NC吸附TC的平衡吸附容量,TC溶液在p H=5.5时对吸附最有利;7次循环吸附测试中,Cu-2/NC对TC表现出较为稳定的去除率(95.84%~86.67%);Cu-2/NC吸附TC依靠的主要作用力有氢键、Cu阳离子桥、电子供体-受体相互作用以及静电作用。

复合纳米材料MoS_(2)@CNTs光电催化降解盐酸四环素的研究

通过水热法成功合成了不同MoS_(2)与CNTs质量比的复合纳米光催化材料MoS_(2)@CNTs-x%,并通过滴涂法制备具有光电响应的M@C-x%/FTO光电极。利用SEM、XRD、UV-Vis DRS、I-t、EIS和M-S曲线等表征方法分析了复合纳米催化剂的微观形貌、晶体结构、光电化学性能。将M@C-x%/FTO光电极用于光电催化降解盐酸四环素,考察了四环素(TC)初始质量浓度、初始pH对光电催化降解盐酸四环素的影响。运用自由基捕获实验鉴定了光电催化降解过程中的主要反应活性物种;并结合光催化剂能带分析光电催化降解机理。结果表明,电极M@C-5%/FTO具有最佳的光电催化性能。

ZIF-8改性细菌纤维素膜的制备及对盐酸四环素吸附性能研究

使用生物基有机材料细菌纤维素(BC)作为载体,沸石咪唑骨架-8(ZIF-8)为客体材料,采用一步真空抽滤法,制备BC/ZIF-8复合纤维膜。通过FT-IR、XRD、SEM、EDS、BET等对制备的复合纤维膜进行了结构表征,考察了接触时间、温度、离子浓度,底物的初始浓度对复合纤维膜吸附盐酸四环素(TC)的影响。结果表明改性后的复合纤维膜较初始BC膜具有更丰富的孔结构,氮气吸附-脱附曲线测得比表面积从6.2415 m^(2)/g增加到265.8820 m^(2)/g。吸附实验表明,离子浓度对吸附影响较小,吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,TC主要以单层吸附的形式吸附到在BC/ZIF-8复合纤维膜上,理论最大吸附量为438.59 mg/g。

2D/3D PCN/CN同质结的构建及光催化降解盐酸四环素的性能研究

开发一种高效降解水中有机污染物的光催化剂是当前环境修复研究的热点。通过溶剂热法和表面原位聚合策略,制备了一种非金属二维/三维g-C_(3)N_(4)/g-C_(3)N_(4)同质结光催化剂(2D/3D PCN/CN)。所制备的光催化剂在可见光照射下展现出优异的光降解盐酸四环素(TC-HCI)的性能,相比单一的2D PCN的降解率(55.19%)以及单一的3D CN的降解率(16.6%)有所增强。通过多种表征手段对光催化剂的物化性能进行了详细分析。通过五次循环实验结果表明,2D/3D PCN/CN-3同质结具有高效且稳定的光催化降解性能。通过分析其能带结构和光生电荷载流子的分离与迁移机制,进一步阐明了其光催化机理。本研究为开发高效、稳定的光催化剂提供了新的思路。

B-g-C_(3)N_(4)/BiOBr复合材料光催化降解盐酸四环素的研究

文章通过研磨和煅烧合成掺杂硼的g-C_(3)N_(4)(BCN-n),再通过溶剂热法制备硼掺杂g-C_(3)N_(4)/溴氧铋(BCN-n/BiOBr)材料,用于光催化降解盐酸四环素(TCH)污染物。文章探究了不同复合比、pH值、催化剂投加量及不同污染物浓度下BCN-n/BiOBr材料的光催化性能,并通过TEM、XRD等对材料进行表征分析。实验结果证明,BCN-2(简称BCN)∶BiOBr最佳复合质量比为2∶1。在盐酸四环素溶液浓度为20 mg/L,原液pH=5.5,催化剂投加量0.2 g/L的条件下,BCN/BiOBr(2∶1)材料对盐酸四环素的降解率达到95.1%,与相同条件下BCN和BiOBr材料相比,降解率分别提高了10.7%和14.0%。BCN/BiOBr光催化剂是一种有前景的降解TCH的光催化材料。

CdS/rGO复合气凝胶的自组装合成及光催化降解盐酸四环素性能

以L-赖氨酸为还原剂和交联剂,采用一步水热法制备嵌入CdS纳米薄片(CdS NSs)的三维CdS/还原氧化石墨烯(CdS/rGO)复合气凝胶。结果表明:CdS/rGO复合气凝胶大的比表面积BET(Brunauer-Emmett-Teller,BET)和海绵状性质可增强对污染物的吸附,且其质量轻可漂浮在水面上可增强对光的吸收,同时rGO的引入促进了光生电荷的分离,使该复合气凝胶的光催化性能得到明显提升。在可见光照射下,CdS/rGO复合气凝胶可以在45 min内将盐酸四环素(tetracycline hydrochloride,TC)完全降解,1.5 h后几乎所有TC都已经矿化。此外,CdS/rGO复合气凝胶还显示出高稳定性并且容易从反应体系中分离出来,进行回收循环使用。经过5次循环使用后,CdS/rGO复合气凝胶的光催化活性没有明显降低。

CeO_(2)@UiO-66光催化降解盐酸四环素

盐酸四环素(TC)对环境的污染引起了广泛关注,通过光催化降解TC已经成为一种有效的方法。使用共沉淀法制备CeO_(2),溶剂热法合成CeO_(2)@UiO-66复合催化剂,对制备的催化剂分别采用FT-IR、XRD、SEM、EDS等手段进行表征,同时研究了CeO_(2)物质的量、催化剂质量浓度和H_(2)O_(2)质量分数对TC的光催化降解效果的影响。结果表明,成功地合成了CeO_(2)@UiO-66;当CeO_(2)物质的量为25 mmol、TC溶液质量浓度为20 mg/L、催化剂质量浓度为0.2 g/L、H_(2)O_(2)质量分数为2%时,CeO_(2)@UiO-66光催化效果最佳,在紫外灯照射70 min,TC降解率达到98%以上。通过自由基捕获实验可知,空穴和·OH是光催化过程中的主要贡献者。此外,经过6次循环,复合光催化剂对TC降解率仍能保持85%以上,表明其具有良好的稳定性。