摘要
抗生素的过度使用和排放导致的水体污染问题，已经对人类的身体健康和生态环境等造成严重的危害，是目前需要治理的环境问题之一。半导体光催化技术因其效率高和操作简单等优势，被认为是解决这一问题的可行途径。然而，粉末状光催化剂在溶液中易聚沉和团聚，且需要离心分离，限制了其在水体环境治理中的应用。因此，将光催化剂固定在纤维载体上，制备成纤维基光催化剂是解决上述难题的理想方案。作为天然纤维素的代表，灯心草纤维（JE）具有质轻多孔、高表面积、化学基团丰富的优点。而作为高性能纤维的代表，碳纤维具有稳定性好、导电性高和光学性能好的特征。因此上述两种纤维是制备纤维基光催化剂的理想材料。本文基于纤维基载体，制备了三种复合光催化剂，并应用于水体中抗生素的光催化降解。 基于灯心草纤维的三维网络结构，制备了花瓣状碘氧化铋（BiOI）并负载在灯心草纤维上，进一步将氧化锌（ZnO）与其复合，制备了BiOI/ZnO-JE纤维基复合光催化剂。系统探究了BiOI/ZnO-JE纤维基复合光催化剂的形貌结构、光学性能、电学性质以及对抗生素的光催化降解性能。研究表明，当pH=4.0、pH=9.0和pH=6.0时，BiOI/ZnO-JE纤维基复合光催化剂对三种代表性抗生素（盐酸四环素、环丙沙星和诺氟沙星）具有最佳的光催化降解性能，光催化降解率分别为90.0％、79.0％和81.0％,且在循环使用后还有较高的光催化活性，表现出较好的光催化稳定性。在此基础上，阐明了灯心草纤维对光催化性能提升的机理。 基于灯心草纤维的协同吸附作用和铋系半导体光催化剂优异的光吸收能力，利用离子交换法制备了硫化铋（Bi2S3）,并将过渡金属钨离子（W6+）掺杂其中，制备了W-Bi2S3-JE纤维基光催化剂，表征了光催化剂的结构形态，深入分析了钨掺杂对光催化剂晶体结构和光电性能的影响，系统探究了初始溶液pH和光催化剂用量对光催化活性的影响，并分析了光催化降解盐酸四环素的可能机理和路径。W-Bi2S3-JE纤维基光催化剂对盐酸四环素具有较高光催化活性，在pH=3.0和催化剂用量100.0 mg的最佳条件下具有最高的光催化活性，对盐酸四环素的光催化降解率可达98.0％,同时表现出良好的循环稳定性。 为了进一步改善纤维材料的持久稳定性和导电性能，从纤维材料的光学吸收性能、电子传导特性和力学性能的角度出发，在碳纤维（CF）上制备了具有芯壳结构的ZIF-8/ZnO-CF纤维基复合光催化剂。系统探究了光催化剂的能带结构、电子转移、载流子复合、初始溶液pH和光催化剂质量等因素对光催化活性的影响。在pH=4.0和催化剂质量为80.0 mg的最佳条件下，对盐酸四环素的光催化降解率为88.0％,循环使用5次后的光催化降解率任保持75.0％,表现出较好的稳定性。 综上所述，本文制备了三种纤维基的复合光催化剂，系统探究了催化剂用量和初始溶液pH等因素对抗生素光降解活性的影响，并分析了光催化剂活性增强的原因，为光催化降解有机污染物提供了一种可行的方案。
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