改性ZnS光催化剂的制备及其选择性吸附/光降解环丙沙星行为研究

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由于抗生素的残留容易导致细菌的耐药性以及对人和其他动物产生致癌致畸和基因突变的危害。目前抗生素所造成水环境污染的以及所引起的危害已引起国内外广泛关注。现有的污水处理技术不能有效的将其从水体中除去,半导体光催化技术具有操作简单、能耗低、适用范围广、避免二次污染、处理效率高等优点成为研究的热点。ZnS是常用的光催化剂材料,但是由于其自身的局限性,在可见光下的催化活性低加之不具有选择性降解的性能,限制了它在光催化领域的应用范围。因此采取离子掺杂或者分子印迹改性的手段来扩展其在光催化领域的应用范围。本文选取氟喹诺酮类(FQs)环丙沙星(CIP)为主要研究对象,CIP是一种广泛使用的第3代氟喹诺酮类药物,具有抗菌光谱、作用强等特点,多用于治疗胃肠和呼吸系统感染疾病,由于其在环境中的残留所导致的毒副作用以及诱导细菌产生耐药性和对其他生物产生致基因突变问题引起广泛关注,必须采用合适的方法降解环境中残留的CIP。本研究的主要工作内容有:(1)以水热合成方法,在聚乙烯比咯烷酮(PVP)作为表面活性剂,制备了粒径均匀、分散性好ZnS微米球。考察了ZnS光催化剂在紫外光下降解CIP和加替沙星(GAT)的效率。实验结果表明,所制备的ZnS在紫外光照60 min后,对CIP和GAT的降解率分别为77.4%和75.6%,然而在可见光的引发下,ZnS对污染物的降解效率很低。(2)制备不同过渡金属离子如Cu2+、Co2+、Mn2+、Fe3+对ZnS的掺杂改性光催化剂。通过DRS光谱分析,改性后的ZnS光催化剂相对于ZnS其光吸收范围明显的发生红移,结果表明改性后的ZnS在可见光下的催化活性都有不同程度的提高,其中经Fe3+掺杂的ZnS光催化活性最高,对CIP的降解率可以达到90%以上。(3)将表面分子印迹技术(SMIT)和光催化技术有机的结合起来,实验以CIP为模板分子,α-甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,经丙烯酰胺改性后的ZnS为载体,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为交联剂,偶氮二异丁腈(AIBN)作为引发剂,利用SMIT在甲醇和甲苯作溶剂和致孔剂的条件下,通过改变CIP和MAA之间的配比关系,制备了不同的CIP印迹光催化剂。采用FT-IR、SEM、XRD、DRS等手段对MIP的表面微观形貌和结构进行表征;考察了不同MIP对CIP和非模板分子的吸附行为以及印迹和NIP在混合溶液中对CIP的吸附选择性能,比较了MIP和NIP对CIP的吸附容量,并讨论了吸附过程的动力学和等温线模型。考察了光催化剂的活性,结果表明当CIP与MAA的比为1:6时,催化剂用量为1.5 g L-1时,其对CIP的可见光催化降解效率最高;实验中还详细研究了MIP对CIP的降解动力学模型和降解二元体系组分时对CIP的优先吸附/降解性能。
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