TiO2/WO3/GO可见光光催化剂的研发及其分子毒性

摘要

光催化技术被广泛地用以处理污染物。具有成本低、环境友好、操作简单等优点。TiO2在紫外光激发下具有良好的催化活性而广为应用。然而，其禁带宽度比较大(3.2eV)，对可见光的利用率很低且电子-空穴重组几率高。带隙较窄的半导体材料（如WO3）或良好的电子传导材料（氧化石墨烯）与TiO2掺杂是一种有效的提高TiO2的可见光利用效率并促进电子-空穴分离的方法。目前，已有关于TiO2和石墨烯复合或与WO3复合以提高其光催化性能的研究，但这种两者的协同效果还不能满足实际的应用的需求。因此，进一步提高该复合催化剂的活性是目前急需解决而又尚未解决的关键科学问题。因此，本研究在研究WO3，GO与TiO2三种材料特性的基础上，开发出TiO2/WO3/GO三者复合的光催化材料。并利用TiO2/WO3/GO对水溶液中的双酚化合物（以双酚A为模型）进行光催化降解以评价其光催化性能。另一方面，有研究表明发现纳米TiO2、WO3和GO都有一定的生态毒性。作为一种新的人工纳米材料，TiO2/WO3/GO排放到环境中的生态风险和危害还未见报道。因此，对TiO2/WO3/GO的毒性评价也是有待研究的问题，也是本论文开展的又一重要内容。具体的研究内容分为以下方面:
　　第一部分:通过水热法制备不同WO3含量的TiO2／WO3/GO催化剂。并对合成的TiO2/WO3/GO的性能进行了表征。
　　第二部分:利用TiO2/WO3/GO对甲基橙进行降解以测试它的光催化性能。利用TiO2/WO3/GO在可见光下对BPA降解以测试其可见光光催化性能;优化光催化反应条件。利用TiO2/WO3/GO在太阳光下对BPA进行降解，并探究其其降解机理。
　　第三部分:利用紫外可见光光谱、荧光光谱、圆二色图及酶活实验等多种手段探究了TiO2／WO3/GO与CAT和SOD之间的相互作用及作用机理。从分子水平上，揭示TiO2/WO3/GO对CAT和SOD结构和功能的影响，从而在一定程度上实现对其生态毒性评级和风险评估的目的。
　　本文用水热法制备的TiO2/WO3/GO催化剂，有良好的光催化性能，能够高效地降解环境中的BPA。另一方面，作为一种新型的人工纳米材料，TiO2/WO3/GO对抗氧化酶(CAT和SOD)具有一定的毒性。本研究为可见光光催化剂的实际应用提供了一种新的选择和参考，并对合理利用及评价新型纳米材料的生态风险提供方法学参考和依据。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 TiO2光催化性能及其改性

1．2 TiO2、WO3、GO光催化材料

2 纳米材料的毒性概述

2．1 纳米材料的毒性

2．3 三氧化钨的毒性

2．4 氧化石墨烯的毒性

3 靶分子概述

4 论文研究目的、内容和意义

4．1 论文的研究目的

4．2 论文的研究内容

4．3 论文的研究意义

第二章 TiO2、WO3、GO光催化剂的合成、条件优化及表征

1 前言

2 实验部分

2．1 试剂

2．2 仪器

2．3 TiO2／WO3／GO的制备与条件优化

2．4 TiO2／WO3／GO的表征

3 实验结果与讨论

3．2 GO的掺杂

3．3 结构、化学和形态学表征

4 本章小结

第三章 TiO2／WO3／GO的光催化活性

1 前言

2 实验部分

2．1 试剂

2．2 仪器

2．3 TiO2／WO3／GO的光催化活性实验

3 结果与讨论

3．2 TiO2／WO3／GO降解BPA

3．3 用TiO2／WO3／GO降解双酚A

3．4 副产物的转化和反应途径

3．5 TiO2／WO3／GO的光催化机理

4 本章小结

第四章 TiO2／WO3／GO与CAT作用的毒理学研究

1 前言

2 实验部分

2．1 试剂

2．2 仪器

2．3 实验仪器和方法

3 实验结果与讨论

3．1 过氧化氢酶活性的变化

3．2 紫外吸收光谱研究

3．3 圆二色谱研究

3．4 荧光研究

3．5 合成的TiO2／WO3／GO的表征

4 本章小结

第五章 TiO2／WO3／GO与SOD作用的毒理学研究

1 前言

2 实验部分

2．1 试剂

2．2 仪器

2．3 实验仪器和方法

3 结果与讨论

3．1 SOD活性变化

3．2 紫外吸收光谱研究

3．3 圆二色谱研究

3．4 荧光研究

4 本章小结

1 主要结论

1．3 TiO2／WO3／GO与SOD作用的毒理学研究

2 论文的创新点

3 论文不足及研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的科研情况