摘要
光催化氧化作为一种高级氧化技术(AOPs),能通过产生一系列强化学活性自由基来分解有机物，在去除水中难生物降解的四环素(TC)方面展现出极大的应用潜力。近年来，水体中的抗生素残留问题备受关注，为了解决水体中的TC残留，开发绿色、高效、低成本的光催化剂意义重大。针对上述问题，本文通过简便的液相还原法将氧化亚铜(Cu2O)与空心管状类石墨相氮化碳(TCN)的复合光催化剂，并设计了相关的实验考察其对TC的光催化降解性能。结合相关的表征与实验结果，本论文分析了可能的催化剂降解TC的机理。本论文具体的研究内容与结果如下： (1)通过液相还原法制备了Cu2O与TCN的复合光催化剂，并借助常见的表征手段(XRD、SEM、XPS等)分析了催化剂的形貌结构、元素价态及晶体结构等性质。通过SEM与TEM观察到Cu2O与TCN之间形成了类似玉米棒的复合结构。XRD图谱分析中未出现其他杂质峰，在XPS谱图中也未观察到新的元素价态峰，以上结果说明复合催化剂没有其他杂质存在，且Cu2O与TCN复合之后仍然保留各自的完整性。 (2)以TC为目标污染物，通过控制变量法选取最适宜的光催化降解条件，并在最适条件下考察水中阴离子对体系降解TC的影响。结果表明：当TCN的质量占复合材料总质量10%，水体pH=6.0，催化剂分散浓度为0.2g/L，TC的初始浓度为40mg/L时，光催化降解体系能取得最佳的去除效果。在该组条件下，光反应160min四环素的去除率约为90%。而当水体中存在碳酸根离子时，体系的光催化降解过程会被抑制。 (3)借助EIS与PL探究了复合材料光催化活性提高的原因；通过DRS与Mott-Schottky对复合光催化剂的能带结构进行了分析计算；结合自由基捕获试验与ESR对体系中的活性物种进行了考察；利用气象质谱联用仪(GC-MS)检测了在体系光反应过程存在中间产物，并推导了它们可能的转化路径。结果表明：复合催化剂光催化活性的提升得益于光生电子空穴对的复合过程被抑制，以及材料的导电性得到加强。在光反应过程中，·OH、h+、·O2-三者均参与了催化剂对TC的降解过程。而TC主要是通过羟基化、脱羟基、酰胺键断裂以及脱甲基等方式实现降解。
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