摘要
抗生素的大规模使用与不规范处理造成了严重的水体污染，引发了大量耐药性微生物的繁衍，危害人类的健康。光催化技术由于其高效、绿色无毒、成本低、无二次污染等优势被认为是水污染治理的有效途径之一。本论文以钨酸铋（Bi2WO6）为基体光催化剂，针对其单独使用量子效率低且太阳光利用不足导致催化活性不高的问题，采用金属掺杂和卟啉复合这两种方式对其进行修饰，考察了金属与卟啉的引入对Bi2WO6单体光吸收范围与光生载流子分离效率的影响，探究了制备得到的光催化剂降解抗生素的光催化性能，并提出了可能的光催化机理。本文的研究内容如下： （1）通过醋酸辅助溶剂热法制备得到锰掺杂的钨酸铋光催化剂（Mn/Bi2WO6）。表征结果证实，Mn成功掺入Bi2WO6的晶格，改变了Bi2WO6的表面电荷分布，使得原本规则的花球形貌发生部分坍塌，变成无序的片层堆积结构。通过在可见光下降解盐酸四环素（TC）的活性测定实验来评价Mn/Bi2WO6的光催化性能，并考察了Mn的引入量对光催化效率提升的影响。结果表明，Mn-0.02/Bi2WO6显示出最优异的光催化性能，其降解TC的速率常数（6.18×10-3min-1）是Bi2WO6单体（3.30×10-3min-1）的1.87倍。自由基捕获和电子自旋共振实验（ESR）结果揭示了光催化反应过程中的活性物种。光学及光电化学性能测定结果表明，Mn/Bi2WO6光催化性能提升的主要原因是Mn的掺杂拓宽了Bi2WO6在可见光区域的光响应范围，提高了光生电子-空穴的分离和迁移效率。最后阐述了载流子的转移过程及光催化降解TC的机理。 （2）通过乙二醇（EG）辅助溶剂热法合成了四苯基卟啉（TPP）修饰的Bi2WO6复合光催化材料（TPP/Bi2WO6）。TEM分析结果表明，Bi2WO6纳米片负载在TPP片层表面。通过在可见光条件下TPP/Bi2WO6对TC的降解效率来评价其光催化活性，分析了TPP的负载量对光催化降解效率的影响。结果表明，1wt%TPP/Bi2WO6表现出最优的光催化降解性能，其降解TC的速率常数（22.38×10-3min-1）是Bi2WO6单体（14.29×10-3min-1）的1.57倍。通过自由基捕获与ESR实验检测了光反应过程中的活性物种。光学性能及光电特性分析结果表明，具有大环共轭体系的TPP的引入提高了光催化体系对可见光的吸收能力，促进了光生电子-空穴对的分离。最后提出双转移机制来说明TPP/Bi2WO6光催化降解TC的机理。 （3）通过乙二醇辅助溶剂热法分别合成了Bi掺杂的Bi2WO6（Bi/Bi2WO6）和四羧基苯基卟啉（TCPP）杂化的Bi掺杂Bi2WO6光催化材料（TCPP/Bi/Bi2WO6）。表征结果证实，Bi的掺杂改变了Bi2WO6的表面电荷分布，使Bi2WO6原本的裂解花球形貌变成无序的片层堆积结构，棒状TCPP则负载在Bi/Bi2WO6的表面。考察了光催化材料在可见光照射下对TC的降解效率。结果表明，2wt%TCPP/Bi/Bi2WO6的光催化降解活性最高，其降解TC的速率常数（15.14×10-3min-1）是Bi/Bi2WO6（7.29×10-3min-1）的2.08倍，是Bi2WO6（1.74×10-3min-1）单体的8.7倍。采用自由基捕获和ESR实验分析了参与光降解的活性物种。光学性能及光电特性分析结果说明，Bi掺杂和TCPP杂化复合协同促进了光吸收能力的提升和光生载流子的有效分离。最后提出Z型机制来揭示TCPP/Bi/Bi2WO6光降解TC的机理。
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