改性凹凸棒粘土的制备及其光催化降解盐酸四环素废水的研究-环境工程专业论文.docx

Preparation of Modified Attapulgite Clay and study on the photocatalytic degradation of tetracycline hydrochloride wastewater A Thesis Submitted for the Degree of Master Candidate：Yang Qianyi Supervisor：Prof. Guan Weisheng Chang’an University, Xi’an, China 论文独创性声明 本人声明:本人所呈交的学位论文是在导师的指导 下，独立道行研究工作所取得 的成果.除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出 重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明.本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体 己 经公开发表的成果. 本声明的法律责任由本人承担 . 论文作者签名 :和别在 11I/! 年 6 月 1 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所 完成的论文及相关的职务作品，知 识产权归属学校 .学饺享 有以任何方式发 表 、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利 .本人离校后发表或 使用学位论文或与该论文 直接相关的学术论文或成果 时，署名单位仍然为长安 大学 . (涉密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名:松岛 fi 导师签 名:丈-2\19七  /r 年 6 月 l 日 〉唱f .r 年 6 月/臼 摘 要 抗生素废水属于难处理的工业废水，如果大量进入水环境系统，将会严重影响人体 健康和生态环境。凹凸棒粘土是一种强吸附性、易获得的矿物粘土，在吸附处理抗生素 废水方面具有显著优势。而 TiO2、ZnO 等光催化剂在处理抗生素废水方面也取得了一定 的成效，展现了半导体光催化技术在处理抗生素废水的巨大潜能。本文旨在通过对凹凸 棒粘土的改性，制备出更具降解效率的新型光催化材料，所制备的材料有 Ti-ATPs、 Zn/Ti-ATPs、Ni/Ti-ATPs 等，其中以 Zn/Ti-ATPs 光催化剂性能最优。制备的新材料既能 发挥凹凸棒粘土的强吸附性，又能结合复合光催化剂提高光能的利用效率，使降解盐酸 四环素的能力大大提高。此外，材料的制备过程均采取浸渍-煅烧法，操作简便易于实 现，为抗生素废水的处理研究提供新的思路。 本文采用扫描电子显微镜（SEM）、X 射线衍射仪（XRD）、紫外-可见漫反射吸 收光谱（UV-vis）等方法对改性凹凸棒粘土的结构、形貌和组成进行表征，并以盐酸四 环素为目标污染物，考察改性材料在可见光下的降解效果。 （1）制备 Ti-ATPs，改性后的凹凸棒粘土协同吸附与光催化过程，具备了良好的降 解能力。UV-vis 结果表明经过 Ti 改性后的 ATPs 光催化剂光谱图在紫外光波段吸光度有 一定的提高，在可见光波段虽有提高但不太明显。以盐酸四环素为目标污染物进行光催 化降解实验，研究表明：在 Ti 含量占 ATPs 的 40%，450℃煅烧温度下得到的复合材料 光催化降解盐酸四环素效果最好，在 300W 氙灯光源（250nm~800nm）下反应 120min 对盐酸四环素的降解率达 75.8%。 （2）用 Zn 和 Ti 同时对凹凸棒粘土进行改性，制备 Zn/Ti-ATPs。改性后的凹凸棒 粘土协同吸附与两种半导体复合光催化过程，相比之前具备了更优的降解能力。UV-Vis 光谱结果表明 Zn/Ti-ATPs 光催化剂的光谱图出现了明显红移现象，在近紫外光区和可见 光区内吸光度均有明显的提升。以盐酸四环素为目标污染物进行光催化降解实验，实验 结构表明：在 Zn/Ti 金属摩尔配比为 3:1，400℃煅烧温度下得到的复合材料光催化性能 最好；在盐酸四环素溶液 pH 为 7，溶液初始浓度为 20mg/L 以及催化剂的投加量为 0.4g/L 时，在可见光照射 120min 后，新材料 Zn/Ti-ATPs 对盐酸四环素的降解率达到最高，为 94.64%。Zn/Ti-ATPs 复合材料相比于 Ti-ATPs 和 Zn-ATPs 均有较高的降解性能。另外， 材料稳定性较好，重复三次使用时降解率还可以达到 77.42%。 I （3）用同种方法制备的 Ni/Ti-ATPs 复合材料不具备光催化活性。以盐酸四环素为 目标污染物进 行光催 化降解实验， 发现在 不同煅烧温度 和金属 比例条件下制 备的 Ni/Ti-ATPs 均不具备光催化能力。这是由于没有最合适的温度能使 TiO2 和 NiO 同时处 于光催化性能最好的晶型状态，在其余温度下两种氧化物互相占据光催化位点，影响光 催化反应的进行，使得 Ni/Ti-ATPs 不具光催化活性，降解效率也仅