Bi2WO6光催化剂制备改性及光催化降解磺胺嘧啶性能研究.pdf

摘要

日趋严重的抗生素污染威胁着生态系统以及人类健康，磺胺类抗

生素是历史上使用时间最长的合成抗生素，也是近年来农牧业使用最

广泛的抗生素之一。其在湖泊、河流、海洋等地表水体以及地下水中

都有相应的检出。半导体光催化氧化技术是一种环境友好的绿色水处

理技术，特别适于水环境中微量污染物的有效治理。BiWO（钨酸铋）

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因其出色的光催化性能受到广泛关注。但存在由于禁带宽度限制，可

见光的利用率不高，光生载流子复合率高，活性位点暴露少等问题。

本论文采用水热法通过加入CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）合

成具有超薄结构的BiWO，通过XRD、XPS、TEM以及电化学性能

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测试对所制备材料进行表征。表征结果证明性能提高是通过形成超薄

结构，减小了光生载流子的迁移路径，来提高光生载流子的迁移效率。

此外调节了Bi/W比例，研究其对BiWO光催化性能的影响。最后

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进行了不同初始溶液pH、不同催化剂投加量以及不同初始磺胺嘧啶

浓度的条件优化实验，发现50mg·mBWO-2在浓度为20mg·L-1pH=9

的条件下，光照90min后可以达到80.75%的磺胺嘧啶降解效率，相

应的速率常数（k）为0.0179min-1。同时对mBWO-2光催化降解磺胺

嘧啶进行了四次循环实验，结果表明所制备的催化剂稳定性需要进一

-2--

步提升。另外，研究发现不同浓度的Cl、SO4、NO3均能抑制磺胺

嘧啶的降解。随着离子浓度的增加，抑制磺胺嘧啶降解的趋势会增强。

I

通过自由基捕获实验研究磺胺嘧啶光降解过程中的主要活性物质，验

证了空穴（h+）在该体系中是起主要作用的活性物质。

通过简单的水热方法构建了g-CN/BiWO超薄纳米片异质结，

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在模拟太阳光下对磺胺嘧啶进行降解以探究其光催化降解性能。通过

XRD、XPS、TEM以及电化学性能测试对所制备材料进行表征，验证

了所制备材料的微观形貌、元素组成和晶体结构。通过制不同质量比

g-CN/BiWO复合材料的光催化活性。研究了初始溶液pH值、催

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化剂用量和初始磺胺嘧啶浓度以及无机阴离子对降解效率的影响。模

拟太阳光照射下90min可以达到86.98%磺胺嘧啶的降解率，相应的

速率常数（k）为0.0242min-1。通过电化学实验和自由基屏蔽实验分

析，优异的光降解性能归因于合成的70%CNNs/mBWO-2异质结构

能够促进载流子的转移。这项工作为环境中磺胺嘧啶的降解提供了可

行的方法。

关键词BiWO，g-CN，光催化，磺胺嘧啶

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II

ABSTRACT

Increasinglyseriousantibioticpollutionthreatensecosystemsand

humanhealth.Sulfonamideantibioticsarethelongest-usedsynthetic

antibioticsinhistoryandoneofthemostwidelyusedantibioticsin

agricultureand