高效三元纳米复合材料在降解抗生素废水中的研究

本项目采用生物分子辅助结合溶剂热合成法制备贵金属和硫化物半导体共掺杂的二氧化钛或两种硫化物半导体共掺杂的二氧化钛三元纳米复合材料。通过改变硫源、溶剂、处理温度和时间等调控晶体生长以获得具有优异的表面物理化学性质、光学性质及特殊形貌的纳米复合材料。通过各种表征手段，确定三组分之间的相互作用关系。以医药废水中主要存在的几类抗生素降解为模型反应，阐明以上三元纳米复合材料与抗生素分子之间的吸附原理，探讨三组分之间的电子转移过程及其对光催化活性的贡献，优化工艺条件提高抗生素废水降解的反应速率，探究降解过程中的反应动力学和机理，为其在较大规模下的实际应用提供基础依据，并为医药废水抗生素相关化工行业提供高效削减新技术。

本团队已认真完成了项目计划书中的全部研究内容，主要合成了三类高效新型的太阳光响应型光催化剂：银和硫化物共掺杂的二氧化钛或钒酸铋，银和磷钨酸共掺杂的二氧化钛。将其用于模拟太阳光处理喹诺酮类抗生素氧氟沙星及磺胺类抗生素磺胺甲硝唑，对影响光催化降解活性的因素进行了分析，通过各种现代化的表征手段对其构效关系进行了探讨，同时对催化剂形貌形成机理及有机污染物的降解机理也进行了揭示。此外还合成了泡沫镍负载型的二氧化钛将其用于紫外光下处理工业废水喹啉。具体成果如下：.（1）硫化物负载型钒酸铋催化材料的形貌可控合成。采用廉价的生物分子L-半胱氨酸辅助结合水热技术制备了形貌各异的Bi2S3-BiVO4纳米复合物，如：骨状、蝴蝶结状和纳米棒状。研究发现pH值是BiVO4形貌形成的关键因素，通过pH值对硝酸铋水解速率的控制实现了形貌可控。.（2）Ag/Bi2S3-BiVO4消减氧氟沙星废水最优工艺条件的确定。当Ag/Bi2S3-BiVO4中Ag担载量为0.6%、氧氟沙星废水pH值为7.0、初始质量浓度为10 mg/L、Ag/ Bi2S3-BiVO4用量为1.5 g/L、太阳光照反应时间60 min时，氧氟沙星的降解率高达97.6%。.（3）Ag-In2S3/TiO2的制备因素对光催化性能的影响。当掺杂量为5.0%，pH为1.0、水热反应温度为160 ℃、反应时间为24 h时的光催化剂降解氧氟沙星的光催化剂效果最好。Ag-In2S3/TiO2催化剂因量子尺寸效应而提高半导体材料TiO2的光催化活性。.（4）Ag/H3PW12-TiO2对磺胺甲硝唑的吸附、降解机理及反应动力学研究。三种氢键的形成是吸附的主要原因，Ag/H3PW12-TiO2对不同初始浓度pH=6.8的磺胺甲硝唑降解符合假一级动力学方程，为一级反应。通过中间产物分析揭示了磺胺甲硝唑的可能降解机理。.（5）设计并制作了一种管式紫外光催化反应器用以降解化工原料喹啉废水。采用浸渍涂布法将粉体P25负载在泡沫镍基片上，然后放入管式反应器中处理喹啉废水。研究表明增大光照强度和曝气量能够明显提高水中喹啉的光催化降解率；低pH有利于水中喹啉的去除。.以上研究为光催化剂的设计制备提供了借鉴，同时为高效处理难以生物降解的医药废水提供了有效的处理方法，为高级氧化技术在处理难降解有毒有害有机污染物方面的推广应用提供大量可靠的数据。