摘要
近几年随着工业的大力发展与城镇化进程的加快，大量的工业废水排放导致许多难以降解的有机物进入了江河湖泊。甚至在生活用水中检测出含有盐酸四环素，这对于自然环境和人类的健康都造成了极大的威胁。因此，对于如今严峻的污染问题，许多处理手段、降解工艺被研究者提出。其中光催化反应由于具有绿色环保、耗能低、降解效果好等优点备受研究者青睐。本文以MoS2这种类石墨烯材料为出发点，研究了多相混合的MoS2@TiO2/NCNFs复合光催化剂以及Ni沉积后Ni-MoS2@TiO2/NCNFs催化剂的制备、形貌结构表征、光电性能分析和催化降解盐酸四环素过程研究，具体研究内容如下： (1)在静电纺丝工艺下制备出PAN基纤维膜后，经过管式炉预氧化、碳化过程制得TiO2/NCNFs，随后经过一锅水热法制备出1T/2HMoS2@TiO2/NCNFs光催化材料。使用SEM、TEM、XRD、Raman等一系列表征手段对其进行研究。结果显示：成功制备出含有金属相与半导体相混合的MoS2@TiO2/NCNFs复合光催化剂材料，并且MoS2与TiO2之间形成了异质结，这能够加快电子与空穴的分离，提高催化剂的催化性能。在光催化降解盐酸四环素实验中结果显示，2-1T/2HMoS2@TiO2/NCNFs在pH=3的条件下对TCH具有高效分解能力(120min内降解率为95.5%，动力学常数k=0.02414min-1)。这一过程中，氮掺杂的碳基材料和MoS2/TiO2异质结都对电荷的高效分离起到巨大作用。 (2)以活化H2O2为例，研究1T/2HMoS2@TiO2/NCNFs复合光催化材料的类芬顿反应机理。在类芬顿反应中，2-1T/2HMoS2@TiO2/NCNFs催化剂在60min内，以pH=3、H2O2浓度为2.0mM条件下，对10mg/L的TCH降解率达到94.8%，动力学常数达到0.05127min-1。这一结果在与近几年关于降解抗生素的同类其它催化剂相比具有显著的优异性。本文使用HPLC-MS对降解过程的分子进行质荷比测试，结合文献阐述降解发生过程。与此同时，在通过对材料的XPS分析、牺牲剂实验方面研究，揭示了1T相MoS2在类芬顿过程中促进Mo4+、Mo5+与Mo6+之间的转化，为活化H2O2产生·OH降解TCH过程提供了快速的电荷转移通道，提出了1T/2HMoS2@TiO2/NCNFs降解反应的机理。值得一提的是，本文还对MoS2的生长方式进行研究，发现MoS2类垂直的生长方式对暴露MoS2面内活性位点具有重要贡献。 (3)以Ni(NO3)2为镍源，沉积Ni制备Ni-MoS2@TiO2/NCNFs催化剂，对催化剂进行TEM、XPS测试和电化学表征，结果显示Ni成功地沉积在催化剂表面，并且提高了材料的光电性能，如电流密度提高到70μA·cm-2，电化学阻抗更小。这主要归功于金属Ni加快了电荷的转移速率，提高了催化剂的催化活性。此外，在不同pH条件下进行光催化反应，对比未沉积Ni的材料，Ni-MoS2@TiO2/NCNFs对不同pH环境的适应能力更强(尤其在pH=9条件下，降解率提高了2.6倍)，这一结果拓宽了材料的应用场景。同时分析了催化剂对不同芬顿试剂(如H2O2、PMS、Na2S2O8和NaBrO3)的活化能力差异，结果显示H2O2、PMS和Na2S2O8均对降解具有优异的促进作用。最后对Ni-MoS2@TiO2/NCNFs降解反应的机理进行阐述。
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