石墨烯复合材料的构筑及其对泰乐菌素光解特性

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随着抗生素在人兽疾病预防以及畜牧养殖上的广泛应用,环境中抗生素残留量也逐渐增大,这将直接或间接的对人类的生命健康和生态环境产生不利的影响。光催化降解作为环境中抗生素主要的去除途径而被国内外学者广泛关注。石墨烯具有较大的比表面积和较高的电子迁移率,所以被广泛应用于催化领域,目前石墨烯经常被用来改性单一的半导体催化剂,从而提高复合物的光催化性能。本文分别制备了多种石墨烯基复合材料,通过SEM(扫描电镜)、TEM(透射电子显微镜)、FTIR(傅里叶变换红外光谱)、XRD(X射线衍射)等多种表征手段观察其表面形态,结构等,同时对其在可见光的条件下对泰乐菌素(TYL)光催化降解性能进行了探讨,主要内容如下:(1)氧化石墨烯(GO)的制备方法为改进的Hummers法。以石墨粉为实验原料,以浓H2SO4、H3PO4和KMn04为氧化剂,通过化学氧化的方法制得氧化石墨烯。通过SEM、XRD、FTIR等表征手段可以得出,氧化石墨烯由单层或多层重叠的层状结构组成,且表面出现褶皱结构,在氧化石墨烯表面可以发现亲水性的-COOH、-OH、C-OH、 C=O、C-O-C等含氧官能团这使得氧化石墨烯具有较好的亲水性。在可见光照射的条件下,氧化石墨烯对泰乐菌素有一定的光降解特性,并且光降解机理可能是由氧化石墨烯表面官能团共价键断裂从而产生自由基所致。(2)分别通过水热法和原位生长法两种方法制备针铁矿/石墨烯的复合材料。通过SEM、XRD、FTIR等表征手段可以看出,呈细针状的针铁矿均匀负载与石墨烯表面,这说明本实验成功的制备出了针铁矿/石墨烯复合物;同时发现,石墨烯表面的含氧基团有一定量的减少,这说明氧化石墨烯被还原为石墨烯。分别对两种制备方法所得的针铁矿/石墨烯复合物进行光降解泰乐菌素的实验,研究结果表明,负载针铁矿后,复合物的光催化性能有明显的提高,且原位生长法制备所得复合物的催化性能优于水热法。通过分析针铁矿/石墨烯复合物的光催化结果可以得出,在该反应体系中,光激发产生了具有强氧化性的羟基自由基(·OH),从而将泰乐菌素氧化为低污染或无污染的最终产物。(3)利用水热法,以Bi(NO3)3·5H2O和Na2WO4·2H2O为原料制备钨酸铋;再利用水热法将Bi2WO6负载于石墨烯上,制备出Bi2WO6/GO复合物,并利用光还原法将Ag负载于Bi2WO6/GO上制备出Ag/Bi2WO6/GO三相复合物。利用SEM、XRD、FTIR、AFM等手段对制备的复合物进行表征分析可得,钨酸铋在扫描电镜下呈花球状,钨酸铋与银均均匀的负载于石墨烯上,这说明钨酸铋及其与石墨烯,银的复合物制备非常成功。研究以上两种复合物对泰乐菌素的光催化降解,实验结果表明,钨酸铋及银的引入对泰乐菌素的降解产生极大的促进作用,且银/钨酸铋/石墨烯的光降解性能最好。通过分析钨酸铋类复合物对泰乐菌素光解机理可得,石墨烯和银单质可以较大程度的降低光生电子-空穴对的复合,同时银单质对界面电荷的转移起到了促进作用,这些作用均导致反应体系中活性组分·02-和·OH的产生,这使得泰乐菌素被最终降解为结构简单、无污染的物质。
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