摘要
在过去的几十年里，四环素(TC)广泛应用于多类行业如医疗卫生、畜禽养殖业和水产养殖业来防治感染和抵抗传染性疾病。由于TC类抗生素具有一定的稳定性很难被完全吸收代谢，从而导致抗生素分子以代谢产物的形式排到各种水体中，对生态系统造成不利影响。为了解决这个问题，已经采用多种策略用于TC类抗生素的去除。由于抗生素具有很高的化学稳定性，普通的理化方法和生物处理方法难以去除和降解。与传统处理技术相比，光催化降解抗生素是一种绿色环保、经济、高效的方法，具有巨大的应用潜力，受到了广泛的关注。自从1972年二氧化钛(TiO2)被发现可以利用太阳能来分解水，其成为光催化领域被研究最多的半导体。其中，大量的研究希望通过调节TiO2的尺寸、晶面和形貌来提高其光催化活性，但是由于TiO2光吸收能力局限在紫外光区域和电子空穴对快速复合，严重限制了其在光催化领域应用。为了更高效地利用太阳光，设计制备兼具增强的光催化活性和可见光激发活性的光催化剂体系是很有必要的。 本文针对传统钛源的易自发水解和缩合反应，难以精准控制反应过程和最终产物结构的难题。通过预制可溶性固态钛氧簇作为钛源，采用水热法成功合成了In2S3/TiO2和TiO2/CdS两种光催化剂。试验结果显示，两种复合材料在可见光下均可高效地降解水中的四环素(TC)。且相比单组分物质，制备的复合材料光催化降解四环素性能得到了显著的提升。利用多项分析测试技术对不同样品进行了结构表征与性能分析，研究并阐述了复合材料光催化降解TC的机理和降解路线。主要的研究结果如下： 1．采用一步水热法制备了In2S3/TiO2复合材料，其在可见光下有效降解水中污染物TC。预制的可溶性固态钛氧簇作为钛源,有效地避免了传统钛源的自发水解和缩合反应。通过与直接加入商用TiO2粉体相比较，在水热过程中TiO2的成核可以通过钛氧簇在水中的溶解度来控制，从而形成TiO2和In2S3均匀的异质结构。所制备的In2S3/TiO2光催化剂对TC的降解能力高于单组分TiO2和In2S3。其中，当复合材料中In/Ti摩尔比为0.34∶1时，其光催化降解TC的性能最好，降解TC(40mg/L)的效率在60分钟内达到78.1%，高于商用TiO2粉体制备的In2S3/TiO2复合材料的54.6%。通过捕获试验得出，在光催化降解抗生素中起到主要作用的活性物质是空穴和超氧自由基，阐明了In2S3/TiO2异质结构的光催化机理。本工作的探索为TiO2基复合材料的发展提供了新的策略，为大规模生产TiO2基复合材料探索出新的原料和简便的合成方法。 2.采用简单的原位水热法合成了不同TiO2含量的TiO2/CdS复合材料，钛氧簇前驱体分解组装的细小TiO2纳米颗粒均匀分散在CdS纳米棒的表面上。通过多项测试技术对制备的样品进行了表征和分析。结果显示，TiO2/CdS复合材料在可见光下具有比单组分CdS和TiO2更高的光催化活性，其中Ti/Cd摩尔比为1∶2时显示最好的光催化性能,能在12分钟内降解TC(40mg/L)的效率达到了77.3%。TiO2和CdS之间的密切界面接触和协同效应既可保护CdS纳米棒免受光腐蚀，又可使CdS光激发电子有效的转移到TiO2纳米颗粒上，提高了CdS光生电荷分离的效率。
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