基于量子点的共轭材料/磷酸铋复合光催化剂的可控合成及其降解邻苯二甲酸酯的机理研究

Phthalate esters (PAEs) are ubiquitous environmental endocrine disrupting chemicals in aquatic environment. They have attracted widespread attention because of its mutagenicity, teratogenicity, carcinogenicity and reproduction toxicity. Quantum dots-based π-conjugated materials/bismuth phosphate composite photocatalysts will be synthesized by ultrasonic-assisted impregnation method and used for degradation of PAEs in water. We will conduct the research from three aspects: Firstly, the synthesis conditions of quantum dots-based composite photocatalysts will be optimized by controlling reaction technical parameters. Secondly, the photocatalytic performances of the composites are assessed by photodegradation of PAEs. The reaction pathway and degradation mechanism of PAEs will be investigated and discussed systematically by batch experiments. Finally, the influencing mechanism of coexisting substances on photodegradation of PAEs by composites will be investigated by central composite design and response surface methodology. The biotoxicity of intermediate products will be evaluated by luminescent bacteria toxicity test. The research results could provide useful parameters for industrial applications of photocatalytic oxidation technology in the field of water treatment.

邻苯二甲酸酯是水环境中广泛存在的一类环境内分泌干扰物，由于其具有致突变性、致畸性、致癌性以及生殖毒性，已引起了人们的广泛关注。本项目拟采用超声波增强的化学浸渍法合成基于量子点的共轭材料/磷酸铋复合光催化剂，并将其用于水中邻苯二甲酸酯类污染物的降解。研究拟从以下三个方面展开：一是通过控制反应工艺参数，对量子点复合光催化剂的合成条件进行优化；二是通过光催化降解批试验，考察复合材料对邻苯二甲酸酯的光催化性能，并对反应途径和降解机理进行推导；三是拟采用基于中心组合设计的响应面分析方法，考察水中共存物质对降解反应的影响机制，并对降解产物的毒性进行生态风险评估，为光催化氧化技术在水处理方面的工业化应用提供一些有益的参数。

环境污染与能源枯竭仍然是当今世界威胁人类生存的两大挑战。本项目通过水热法以及水热+低温煅烧的方法制备了系列铋系半导体光催化材料（包括钨酸铋，钒酸铋，碘氧化铋异质结，碘氧化铋/氧化铋异质结等）。它们的结构特性和光催化性能通过X射线衍射，扫描电子显微镜，透色电镜，X射线光电子能谱，傅里叶红外光谱，紫外可见漫反射光谱，拉曼光谱，光电化学测试（包括光电流，电化学阻抗，电化学水分解）以及光降解（包括对罗丹明B，内分泌干扰物——三氯生）。研究结果表明：1. Bi2WO6和BiVO4能够将罗丹明B快速、高效去除；2. Bi7O9I3/Bi5O7I复合光催化剂的生成有效提升了对污染物三氯生的降解效果，通过捕获剂实验考察了对三氯生的降解反应机制，通过高效液相色谱-质谱联用仪对降解产物进行了检测分析，推导了三氯生的降解反应途径；3. 通过低温煅烧原位合成了具有核壳结构的p-BiOI/n-β-Bi2O3复合光催化薄膜，β-Bi2O3外壳的出现增强了材料的光催化水分解能力。通过水热+煅烧的方法，在3维多孔镍网上原位合成了NiO/NiCo2O4复合纳米晶，结果显示所合成复合材料具有高效的电化学析氧性能。通过限氧热解法或水热法，采用农业废弃物（例如：秸秆或槐树枝等）为原料制备了一系列具有π共轭性质的生物炭材料，并通过扫描电子显微镜，傅里叶红外光谱以及BET比表面积及孔径测试对材料的性质进行了表征，对所合成材料的污染物吸附性能与构效关系进行了讨论。