浸润性可控铋基光催化剂的制备及其对17α-乙炔基雌二醇的去除研究

作     者：张思凤 

作者单位：云南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蒋峰芝

授予年度：2020年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081704[工学-应用化学] 081705[工学-工业催化] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0703[理学-化学] 

主      题：光催化 17α-乙炔基雌二醇 BiVO4 BiOI 可控浸润性 

摘      要：17α-乙炔基雌二醇(EE2)是一种被广泛使用的人工合成雌激素,目前,EE2已经在饮用水、地表水、地下水等水体中检测到,其通过干扰动植物体和人类的内分泌系统、神经系统和免疫系统,给生物和人类带来严重威胁。因此,EE2在水中的广泛存在及其不可估量的危害使得人类迫切寻找高效的EE2去除方法。光催化技术简单、高效、绿色,具有诱人的应用前景。由于光催化降解是表面反应,光催化剂的表面浸润性会极大地影响其对水体中污染物的吸附情况以及降解产物的脱附情况,从而影响材料的催化性能,因此,合适地调控光催化剂的表面浸润性对其光催化降解性能有着重要影响。本论文通过水热法制备BiVO和BiOI两种光催化剂,然后在水浴中采用不同剂量的3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和六甲基二硅氮烷(HMDS)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)分别对其进行改性,制备浸润性可控的BiVO和BiOI光催化剂。通过XRD、XPS、SEM、TEM、BET、UV-vis DRS、FTIR和WCA等技术对光催化剂的物相组成、化学状态、形貌、比表面积、光学性能、特征化学键和水接触角等进行表征分析和测定。考察三种改性光催化剂在可见光下对EE2的光降解性能,并讨论分析造成改性光催化剂催化性能增强的原因。具体内容如下:1.通过水热法制备BiVO光催化剂,并用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)对其进行改性,制备浸润性可控的BiVO光催化剂。优化的材料制备条件为:合成BiVO的最佳水热反应时间为24 h,制备APTES改性BiVO的最佳改性剂量为0.70 m L。将BiVO以及一系列不同APTES剂量改性的BiVO光催化剂应用于3.0 mg/L的17α-乙炔基雌二醇(EE2)的催化降解。对比未改性的BiVO,APTES改性后BiVO的WCA增加,当APTES改性BiVO的WCA调控至13.2°～25.3°范围时,光催化活性优于未改性的BiVO。最优光催化剂BiVO(0.70 APTES)的WCA为17.7°,可见光照射180分钟后,其对EE2的总去除率为91.27%,而未改性BiVO的总去除率仅为59.34%。BiVO(0.70 APTES)的反应速率常数是未改性BiVO的2.78倍。2.通过水热法制备BiOI光催化剂,并分别用六甲基二硅氮烷(HMDS)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)对其进行改性,制备两种浸润性可控的BiOI光催化剂。优化的材料制备条件为:合成BiOI的最佳水热反应温度为180°C、最佳水热反应时间为12 h,HMDS改性BiOI的最佳改性剂量为1.00 m L,PDMS改性BiOI的最佳改性剂量为0.20 m L。将BiOI以及一系列不同HMDS、PDMS剂量改性的BiOI应用于3.0 mg/L的17α-乙炔基雌二醇(EE2)的催化降解。对比未改性的BiOI,HMDS、PDMS改性后BiOI的WCA增加,当HMDS改性BiOI的WCA调至23.9°～33.7°范围,PDMS改性BiOI的WCA调至33.5°～87.0°范围时,光催化活性优于未改性的BiOI。最优光催化剂BiOI(1.00 HMDS)和BiOI(0.20 PDMS)的WCA分别为29.7°和47.8°,可见光照射28分钟后,其对EE2的总去除率分别为98.85%和98.72%,而未改性BiOI的总去除率为85.01%。BiOI(1.00 HMDS)和BiOI(0.20 PDMS)的反应速率常数分别是未改性BiOI的2.33和2.15倍。