钒酸铋基半导体复合材料的制备及去除四环素性能研究

作     者：关海林 

作者单位：内蒙古大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苏毅国

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：钒酸铋 光催化剂 吸附剂 四环素 异质结 

摘      要：目前,抗生素耐药性正威胁着全球健康,“超级病菌的产生引起了世界各地的高度重视。环境中残留抗生素作为造成危机的主要原因,其有效去除是需要迫切解决的任务。近年来,吸附和光催化技术因具有操作简单、高效快速和成本低等优势被广泛应用于各个领域。钒酸铋具有窄带隙、强光响应能力和化学稳定性等特点,是具有优异性能的半导体材料候选者之一,在残留TC的去除应用中具有广阔的前景。然而,比表面积小和光生电子-空穴分离效率低限制了其发展。因此,本论文以Bi VO为研究对象,通过构建复合材料对其进行改性,以提高Bi VO对水体中残留四环素的去除性能。具体研究内容如下:(1)通过溶剂热法引入含有缺陷结构的WO,增大了Bi VO/WO复合材料的比表面积,提高了其对四环素的吸附性能。在去除四环素(50 mg/L)的实验中,BW-0.8(Bi VO/WO-0.8)复合材料表现出最佳的吸附性能,在40min内对TC的去除效率高达80.9%,分别约为纯Bi VO和WO的12.64和1.67倍。此外,在四环素类和喹诺酮类抗生素的去除实验中也表现出卓越的吸附性能,证明该吸附剂的适用范围较广。吸附动力学和热力学研究结果显示,该吸附反应是典型的化学吸附过程,属于自发的吸热反应。(2)通过水热法和离子交换法设计了Z型异质结Bi VO/BiS光催化剂,进一步以熔铸法引入PVA制备了PBB(PVA/Bi VO/BiS)柔性光催化薄膜材料,并研究了其对四环素的光催化降解性能。实验结果发现,在不同的光源下,BB-3(Bi VO/BiS-3)光催化剂均表现出出色的光催化降解活性。在可见光下的降解效率为73.2%,分别是纯Bi VO和BiS的2.44和3.30倍,在全光谱和近红外区域的光催化降解效率分别为79.7%和64.3%。更重要的是,PBB柔性光催化薄膜材料也展示出与固体粉末状光催化剂相似的降解效率,在不影响光催化降解性能的同时,提高了材料的回收利用率和实用性。最后,结合半导体能带结构和光学性质等,提出了Z型异质结Bi VO/BiS光催化剂对TC的光催化降解路径和机理。