近常温热—光催化降解抗生素废水基础研究

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本文针对废水处理中抗生素光催化降解反应在无光条件不能进行,提出以热催化降解反应作为补充,合成了层状热敏催化剂Na Co2O4和Bi OBr/Na Co2O4热-光复合催化材料,构建了Na Co2O4/H2O2热催化降解体系、Bi OBr/Na Co2O4热催化降解体系、Bi OBr/Na Co2O4光催化降解体系以及Bi OBr/Na Co2O4热-光催化降解体系,并将其运用于以盐酸四环素或氯霉素模拟的抗生素废水的降解,主要研究结果如下:(1)以固相烧结法制备热敏催化剂Na Co2O4,构建Na Co2O4/H2O2热催化降解体系,以亚甲基蓝溶液模拟有机废水,考察热催化降解体系的降解效果。XRD和SEM表征表明,固相烧结成功合成了具有较好热稳定性的层状结构催化剂Na Co2O4;在催化剂用量为50.00 mg、反应温度为50℃、H2O2用量为1.00 m L、反应时间350 min的反应条件下,100 m L的30 mg·L-1 MB的降解率为87.00%;催化剂循环利用三次,MB降解率仍可达85%以上;捕获剂(异丙醇、乙二胺四乙酸)证实Na Co2O4/H2O2热催化降解体系中主要活性物种为羟基自由基(HO·)和空穴(h+)。(2)以水热合成法制备Bi OBr/Na Co2O4系列复合材料,构建Na Co2O4/H2O2热催化降解体系、Bi OBr/Na Co2O4热催化降解体系、Bi OBr/Na Co2O4光催化降解体系以及Bi OBr/Na Co2O4热-光催化降解体系,以罗丹明B溶液模拟有机废水,考察各催化降解体系的降解效果。结构、形貌以及光学性能等分析证实:片状的Bi OBr生长于Na Co2O4上,Bi、O、Br以及Co元素之间形成了新的化学键,Bi OBr/Na Co2O4系列复合材料存在孔结构,对可见光有较好的吸收。Bi OBr/Na Co2O4热催化降解体系、Bi OBr/Na Co2O4光催化降解体系以及Bi OBr/Na Co2O4热-光催化降解体系均对Rh B表现出良好的催化效果,B/N-1复合材料表现出良好的性能,Rh B的降解率均可达100%。其中以太阳光下光催化降解体系的降解效果较好,60 min后Rh B的降解率可达100%,80 min后可实现对中间产物的完全矿化,B/N-1复合材料在三次循环实验中仍表现出良好的催化性能。在模拟黑夜与白天交替试验时,Bi OBr/Na Co2O4热-光催化降解体系中B/N-1复合材料表现出良好的性能,循环使用三次,120 min后Rh B的降解率均可达95%以上。自由基捕获试验证实HO·、空穴(h+)、·O2ˉ均为Bi OBr/Na Co2O4-H2O2热催化降解体系或Bi OBr/Na Co2O4光催化降解体系中的主要活性物种。(3)Na Co2O4/H2O2热催化降解体系、Bi OBr/Na Co2O4热催化降解体系、Bi OBr/Na Co2O4光催化降解体系以及Bi OBr/Na Co2O4热-光催化降解体系对盐酸四环素表现出良好的催化效果,其降解率可达80%以上。对氯霉素主要研究了Bi OBr/Na Co2O4光催化降解体系的降解,120 min后降解率为17%。
摘要第4-6页
abstract第6-7页
第一章 绪论第11-20页
    1.1 引言第11-12页
    1.2 抗生素的分类第12页
    1.3 抗生素废水的来源第12-13页
    1.4 抗生素废水的处理方法第13-17页
        1.4.1 物理法第13页
        1.4.2 生物法第13-14页
        1.4.3 化学法第14-17页
    1.5 热-光催化降解的提出与展望第17页
    1.6 主要研究内容第17-18页
        1.6.1 NaCo_2O_4/H_2O_2热催化降解体系的构建与运用第17-18页
        1.6.2 BiOBr/NaCo_2O_4光/热催化降解体系的构建及运用第18页
        1.6.3 热-光催化降解体系的构建及运用第18页
    1.7 本研究的创新点与意义第18-20页
        1.7.1 创新点第18-19页
        1.7.2 研究意义第19-20页
第二章 NaCo_2O_4/H_2O_2热催化降解体系的构建及运用第20-38页
    2.1 引言第20-21页
    2.2 材料与方法第21-22页
        2.2.1 试验材料第21页
        2.2.2 试验仪器第21-22页
    2.3 试验内容第22-25页
        2.3.1 NaCo_2O_4的制备与表征第22-23页
        2.3.2 NaCo_2O_4/H_2O_2热催化降解体系的构建第23-24页
        2.3.3 NaCo_2O_4/H_2O_2热催化降解体系的运用第24-25页
    2.4 结果与分析第25-36页
        2.4.1 NaCo_2O_4的表征第25-27页
        2.4.2 NaCo_2O_4/H_2O_2热催化降解体系的构建第27-30页
        2.4.3 NaCo_2O_4/H_2O_2热催化降解体系的运用第30-36页
    2.5 讨论第36-37页
    2.6 本章小结第37-38页
第三章 BiOBr/NaCo_2O_4热-光催化降解体系的构建及运用第38-65页
    3.1 引言第38-39页
    3.2 材料与方法第39-40页
        3.2.1 试验试剂第39-40页
        3.2.2 实验仪器第40页
    3.3 实验内容第40-44页
        3.3.1 BiOBr/NaCo_2O_4复合材料的制备第40-41页
        3.3.2 BiOBr/NaCo_2O_4复合材料的表征第41-42页
        3.3.3 RhB降解率的计算第42页
        3.3.4 NaCo_2O_4/H_2O_2热催化降解体系的运用第42-43页
        3.3.5 BiOBr/NaCo_2O_4热催化降解体系的构建及运用第43页
        3.3.6 BiOBr/NaCo_2O_4光催化降解体系的构建及运用第43-44页
        3.3.7 BiOBr/NaCo_2O_4热-光催化降解体系的构建及运用第44页
        3.3.8 捕获剂对BiOBr/NaCo_2O_4催化降解体系的影响第44页
    3.4 结果与分析第44-61页
        3.4.1 BiOBr/NaCo_2O_4复合材料的表征第44-52页
        3.4.2 NaCo_2O_4/H_2O_2热催化降解体系降解RhB第52-53页
        3.4.3 BiOBr/NaCo_2O_4热催化降解体系降解RhB第53-55页
        3.4.4 BiOBr/NaCo_2O_4光催化降解体系降解RhB第55-59页
        3.4.5 BiOBr/NaCo_2O_4热-光催化降解体系降解RhB第59-61页
        3.4.6 捕获剂对BiOBr/NaCo_2O_4催化降解体系的影响第61页
    3.5 讨论第61-63页
    3.6 本章小结第63-65页
第四章 热-光催化降解体系降解抗生素第65-74页
    4.1 引言第65-66页
    4.2 材料与方法第66页
        4.2.1 实验试剂第66页
        4.2.2 实验仪器第66页
    4.3 实验内容第66-69页
        4.3.1 盐酸四环素的催化降解第66-68页
        4.3.2 氯霉素的催化降解第68-69页
    4.4 结果与分析第69-72页
        4.4.1 盐酸四环素的催化降解第69-71页
        4.4.2 氯霉素的催化降解第71-72页
    4.5 讨论第72页
    4.6 本章小结第72-74页
结论与展望第74-77页
致谢第77-78页
参考文献第78-89页
攻读学位期间取得的研究成果第89页
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