苯并三噻吩基共价有机骨架对废水中左氧氟沙星光催化降解的性能及机理研究

作     者：杨意 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王侯

授予年度：2022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）] 08[工学] 

主      题：苯并三噻吩基COFs 光催化 孔径 左氧氟沙星 光生空穴 构效关系 

摘      要：随着抗生素在全世界范围内的广泛使用,抗生素无可避免的被排放到环境中,对整个生态系统造成很多负面的影响,传统的污水处理工艺很难高效地将其降解,而高级氧化中的光催化技术被越来越多的用于降解抗生素领域,具有高效绿色的特点。近年来,共价有机骨架(COFs)被设计和合成并在众多应用中进行了探索,因为它具有许多非常独特的优势,例如低密度、可预先设计和定义明确的多孔结构,从埃到纳米的孔径范围,优秀的比表面积等。这些优势使其能够应用于许多领域,包括催化、能量存储、传感、吸附、膜分离和药物输送等。因此,设计合成了一系列孔径规律变化的苯并三噻吩基COFs光催化剂材料,用于光催化降解左氧氟沙星抗生素并探究孔径对光催化活性的影响。使用苯并三噻吩基单体(BTT)与长度不同的其他三个单体通过溶剂热法合成了苯并三噻吩基COFs材料,分别为BTT-DAB COF、BTT-DADP COF和BTT-TPDA COF。并且利用多种技术对材料的物理以及光电性质进行了表征。BTT-DAB COF、BTT-DADP COF和BTT-TPDA COF的孔径分别为2.2、2.7、3.2nm。在可见光照射2 h后,相比于BTT-DAB COF(51.4%)和BTT-DADP COF(73.8%),发现BTT-TPDA COF对左氧氟沙星(10 mg/L)降解率最高,为100%。光催化剂对左氧氟沙星的吸附和光催化降解性能随着孔径的增大而增强。这个结果归因于BTT-TPDA COF具有三者中最大的孔径和最高的孔体积(这有利于污染物分子的传质渗透)、更窄的带隙宽度,更多的活性位点、更有效的光生空穴-电子对分离和传输效率以及更长的载流子寿命。同时,BTT-TPDA COF可以很容易地被回收并有效地重复用于去除废水中的左氧氟沙星。通过自由基猝灭实验和EPR分析,光生h被证明是BTT-TPDA COF中左氧氟沙星可见光降解的主要活性物质。此外,本论文还研究了诸如溶液p H值、阴阳离子、有机质和不同抗生素等因素对光降解性能的影响,表明这些COFs光催化剂都具有稳定、优异且广泛的光催化活性。本研究全面分析了苯并三噻吩基COFs材料对左氧氟沙星抗生素的光催化降解性能,并通过孔径大小对传质以及光电性质的影响对孔径-光催化性能的构效关系进行了探究,还揭示了光催化降解过程中的机理。这些发现为COF的面向功能的结构设计和合成提供有益的指导,以满足应用的实际需求。