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《石墨相氮化碳基復合材料的制備及其降解水中抗生素的性能研究》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、分類號:X510710-2015029006博士學位論文石墨相氮化碳基復合材料的制備及其降解水中抗生素的性能研究郭峰導師姓名職稱關衛(wèi)省教授聯(lián)合培養(yǎng)導師康振輝教授聯(lián)合培養(yǎng)學校蘇州大學申請學位級別工學博士學科專業(yè)名稱市政工程論文提交日期2018年4月16日論文答辯日期2018年6月8日學位授予單位長安大學SynthesisofGraphiticCarbonNitride-basedCompositesandStudyonTheirPhotocatalyticActivityfortheDegradationofAntibioticinaqueoussolutionA
2、DissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate:FengGuoSupervisor:Prof.WeishengGuanProf.ZhenhuiKangChang’anUniversity,Xi’an,China摘要抗生素的使用不僅能夠治療或預防人類的疾病,同時也可以促進動植物的生長。但近些年來,由于臨床醫(yī)療及現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)對抗生素的極度依賴,導致抗生素濫用現(xiàn)象日益加重。過度使用抗生素會對人和牲畜的器官造成損害,還能誘導生物體內(nèi)產(chǎn)生細菌耐藥性。此外,被攝入到人或動物體內(nèi)的大部分抗生素會以原形或代謝物的方式排出體外,
3、進入到各種水體中,因此水環(huán)境也受到嚴重的污染;同時,水中的抗生素經(jīng)生態(tài)循環(huán)會再次進入到人體,這也嚴重威脅到人類的健康。因此,如何通過簡單、高效的方法去除水環(huán)境中抗生素已成為當前研究者們關注的焦點。綠色環(huán)保的光催化技術具有多種優(yōu)勢,如高反應活性、操作簡單、無污染且可充分利用太陽能,被普遍認為是解決當今水環(huán)境污染問題最有前途的技術之一。在眾多光催化劑中,石墨相氮化碳(graphiticcarbonnitride,g-C3N4)以其獨特的優(yōu)點而備受學者們的青睞。由于g-C3N4是一種由“碳”和“氮”兩種元素組成的非金屬有機聚合物半導體,所以,合成g-C3N4的原材料具
4、有來源較廣、成本低、無毒無害等特點。此外,g-C3N4擁有適中的禁帶寬度(~2.7eV),良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性,也被視作一種極具潛力的可見光響應型光催化材料。然而,其可見光利用率低以及光生載流子復合率過高致使g-C3N4在光催化領域的應用受到極大的限制。為了解決以上問題,本文設計并制備了五種不同類型的g-C3N4基異質(zhì)結光催化劑(TypeII型g-C3N4/ZnIn2S4、p-n型CuBi2O4/g-C3N4、“互補式”p-n型CoO/g-C3N4、Z-scheme型CuInS2/g-C3N4及三元CDs/g-C3N4/ZnO),并通過多種表征方法(X射線
5、粉末衍射、掃描電鏡、透射電鏡、X射線光電子能譜、紫外-可見吸收光譜、熒光光譜、能譜等)對所合成的異質(zhì)結光催化劑的晶相、結構、形貌和元素組成等進行詳細地分析。以四環(huán)素(Tetracycline,TC)作為目標抗生素污染物,在可見光的照射下,利用所合成的g-C3N4基異質(zhì)結光催化劑對其進行降解,以考察光催化性能。同時,基于捕獲實驗中確定的反應活性物質(zhì),探討了不同類型g-C3N4基異質(zhì)結光催化劑的反應機理。本論文的主要研究內(nèi)容與結果如下:(1)通過水熱法制備g-C3N4包裹的ZnIn2S4微米球,形成g-C3N4/ZnIn2S4異質(zhì)結復合光催化劑。光催化降解實驗結果表
6、明,g-C3N4/ZnIn2S4復合光催化劑的性能明顯優(yōu)于純相g-C3N4和ZnIn2S4,其降解TC的反應速率常數(shù)分別為g-C3N4和ZnIn2S4的39倍和i22倍。g-C3N4/ZnIn2S4光催化性能提高的原因主要可歸因于g-C3N4和ZnIn2S4之間形成了能帶匹配的TypeII型異質(zhì)結構,促進了光生電荷的分離效率。(2)分別利用熱聚合法和水熱法制備純相n型g-C3N4和p型CuBi2O4。以g-C3N4和CuBi2O4為原料,將兩種樣品按照不同比例機械混合后,再利用甲醇分散,最后通過煅燒得到層狀g-C3N4上負載CuBi2O4微米棒的復合材料,即形成
7、了不同CuBi2O4質(zhì)量比的CuBi2O4/g-C3N4p-n型異質(zhì)結光催化劑。TC降解實驗表明,p-n型異質(zhì)結的形成極大地提高了g-C3N4的光催化降解效率。光催化性能提高的原因歸因于CuBi2O4的引入可促進g-C3N4在可見光區(qū)的響應范圍,同時在該復合體系中,p-n結區(qū)內(nèi)在電場的建立加速了光生電子與空穴的分離效率。(3)利用簡單的溶劑熱法,以g-C3N4和Co(CH3COO)2·4H2O為原材料,制備CoO納米粒子分散在g-C3N4表面上的CoO/g-C3N4p-n型異質(zhì)結光催化劑。將TC作為目標降解物,降解實驗結果表明:相比于純相g-C3N4和CoO,C
8、oO/g-C3N4復合材