磷酸银基复合光催化剂的制备及其光催化机理研究

摘要

光催化技术作为处理水体中抗生素的低污染环保技术被广泛应用。在众多半导体光催化剂中，Ag3PO4由于其对太阳光的高利用率和量子转化效率被大量研究，然而稳定性差、选择性低严重制约了其发展。基于Ag3PO4存在的这些问题，本论文中我们选取SnO2和ZnFe2O4与Ag3PO4复合来制备复合光催化剂，通过提高电子转移抑制Ag3PO4在光催化过程中存在的催化剂分解现象，以此来制备高活性、高稳定的光催化剂。并在此基础上，以TEOS作为交联剂，在ZnFe2O4/Ag3PO4光催化剂表面包覆SiO2印迹层，使得光催化剂更为稳定且印迹层的特异性识别促使光催化剂能够有针对性的降解。具体内容如下:
　　利用简单的水热转化方法制备Ag3PO4/SnO2复合光催化剂，用SEM、EDS、XRD等分析光催化剂性状。通过调整水热反应温度和投料比制备出不同比例的催化剂。通过可见光下降解四环素溶液对所制备的光催化剂进行测试。结果表明，当Ag3PO4和SnO2的比例为15∶1，140℃时合成的复合光催化剂的降解效果最好，在60 min对四环素的降解率可以达到74％。同时。结合电化学表征结果可知，SnO2的加入有效的改善了Ag3PO4的阻抗和光电流。
　　以水热方法合成ZnFe2O4纳米球，通过沉淀法在ZnFe2O4表面负载Ag3PO4，制备出ZnFe2O4/Ag3PO4复合光催化剂。SEM、XRD和EDS等表征手段对材料进行表征。调整投料比制备不同比例的复合光催化剂，结合可见光下降解甲磺酸达诺沙星的情况，确定出ZnFe2O4和Ag3PO4的最佳配比为1∶4，以此比例制备的光催化剂活性最高，在可见光下，60 min内对甲磺酸达诺沙星的降解率达到65％。同时通过自由基捕获实验对复合光催化剂在光催化过程中产生的各类自由基进行分析，结果表明，仅有空穴起到氧化作用。
　　通过表面分子印迹技术，用TEOS作为交联剂，TC作为模板分子，利用溶胶凝胶技术制得ZA4@SiO2-MIPs光催化剂，通过对TEOS和TC的比例调整制得不同比例的ZA4@SiO2-MIPs。用SEM、XRD和EDS等对ZA4@SiO2-MIPs光催化剂进行表征，并通过可见光下降解TC来考察光催化材料的性能。在此基础上用ZA4@SiO2-MIPs和ZA4降解另外两种抗生素，结果表明ZA4@SiO2-MIPs不仅具有较好的光催化性能，同时也有选择性降解的功能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 抗生素的简介

1．1．1 抗生素基本概念和作用

1．1．2 抗生素的分类

1．1．3 抗生素的使用现状

1．1．4 抗生素残留的危害

1．1．5 对抗生素残留的防治

1．2 光催化

1．2．1 光催化研究现状

1．2．2 光催化作用机理

1．2．3 常见光催化剂

1．2．4 磷酸银光催化剂

1．3 选题目的意义与研究内容

1．3．1 课题的来源

1．3．2 选题目的和意义

1．3．3 研究内容

第二章 实验材料、仪器和分析方法

2．1 试剂与仪器

2．1．1 原材料与试剂

2．1．2 主要实验仪器

2．2 光催化剂的表征

2．2．1 XRD测试方法

2．2．2 SEM和EDS测试方法

2．2．3 UV-vis测试方法

2．2．4 FT-IR测试方法

2．2．5 XPS测试方法

2．2．6 ICP-AES测试

2．2．7 电化学测试

2．3 光催化性能的测试方法

2．3．1 光催化降解实验

2．3．2 自由基捕获实验

2．3．3 羟基自由基检测实验

2．3．4 超氧自由基检测实验

2．3．5 稳定性实验

第三章 Ag3PO4／SnO2复合光催化剂的制备及其光催化机理研究

3．1 引言

3．2 Ag3PO4／SnO2复合光催化剂的制备

3．3 Ag3PO4／SnO2复合光催化剂的表征与分析

3．3．1 XRD分析

3．3．2 SEM照片EDS谱图分析

3．3．3 XPS分析

3．3．4 UV-vis DRS分析

3．3．5 ICP-AES分析

3．3．6 Ag3PO4／SnO2复合光催化剂的电化学分析

3．3．7 Ag3PO4／SnO2制备机理

3．4 光催化活性和稳定性考察

3．5 光催化降解机理

3．6 小结

第四章 ZnFe2O4／Ag3PO4复合光催化剂的制备及其光催化机理研究

4．1 引言

4．2 ZnFe2O4／Ag3PO4复合光催化剂的制备

4．2．1 ZnFe2O4的制备

4．2．2 ZnFe2O4／Ag3PO4复合光催化剂

4．3 ZnFe2O4／Ag3PO4复合光催化剂的表征与分析

4．3．1 XRD图谱分析

4．3．2 扫描照片分析

4．3．3 光催化剂的紫外漫反射图谱分析

4．3．4 VSM分析

4．3．5 ICP-AES分析

4．3．6 ZnFe2O4／Ag3PO4制备机理

4．4 光催化活性和稳定性考察

4．4．1 复合光催化剂的光催化活性

4．4．2 复合光催化剂的稳定性

4．5 光催化降解机理

4．6 本章小结

第五章 ZnFe2O4／Ag3PO4表面分子印迹光催化剂的制备及性能研究

5．1 引言

5．2 ZA4@SiO2-MIPs的制备

5．2．1 ZA4复合光催化剂

5．2．2 ZA4@SiO2-MIPs的制备

5．3 ZA4@SiO2-MIPs的表征与分析

5．3．1 SEM照片和EDS图谱分析

5．3．2 FT-IR图谱分析

5．3．3 VSM分析

5．3．4 ICP-AES分析

5．3．5 ZA4@SiO2-MIPs的制备机理

5．4 ZA4@SiO2-MIPs光催化活性研究

5．4．1 不同量交联剂对ZA4@SiO2-MIPs活性的影响

5．4．2 分子印迹光催化剂的选择性

5．4．3 ZA4@SiO2-MIPs光催化剂的稳定性

5．5 小结

第六章 结论、创新点及进一步工作建议

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 进一步工作建议

参考文献

致谢

攻读学位期间的主要科研成果

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