發(fā)布時間：2017-06-21 08:05

  本文關鍵詞：二氧化鈦—石墨烯復合物的制備及處理四環(huán)素類廢水的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：四環(huán)素類抗生素廢水具有難降解、難處理的特點,是當前水處理的一大難題。二氧化鈦(TiO2)材料由于具備價格低廉、無毒性、性能穩(wěn)定等優(yōu)點,是目前普遍認為最具有研究前景的光催化材料。但是對于單純的二氧化鈦材料,其中的光生電子和空穴極易復合,這經常會導致其光催化效率的降低；與此同時,復合物中二氧化鈦的形貌結構也影響著光催化的效率。針對以上問題,本論文中使用新型碳材料-二維石墨烯做為載體,通過簡單的溶劑熱方法,在其表面原位生長制備出具有分級結構的Ti02-石墨烯復合材料,并且通過測試證明其在紫外光下,對于鹽酸土霉素、鹽酸強力霉素模擬抗生素廢水的降解有較好的性能,相對于單純的Ti02,光催化降解效率明顯提高。本論文主要研究內容如下：采用簡單的溶劑熱合成方法,使用乙醇和乙二醇混合溶液作為溶劑,鈦酸四丁酯作為鈦源,在氧化石墨表面原位生長Ti02前軀體,經過惰性氣體保護下的煅燒,氧化石墨還原成為還原氧化石墨,前驅體轉變成二氧化鈦相。通過改變鈦酸四丁酯的投加量,合成了不同比例的二氧化鈦石墨烯復合物。通過X射線衍射、X射線光電子能譜、紅外光譜確定了其結晶相確實為二氧化鈦,并且通過熱重測試確定了復合物中二氧化鈦的含量。SEM測試表明,所合成的樣品為均勻的200-400nm的二氧化鈦納米立方,生長在還原氧化石墨片層上。這種特殊的形貌產生的原因可能是使用的溶劑具有豐富的羥基,在反應過程中能夠與鈦源-鈦酸四丁酯更好的配位水解。通過進行紫外漫反射的測試,證明復合物具有紫外光響應,能夠在紫外光下具有較好的光催化性能。對二氧化鈦,石墨烯以及所制備的二元復合材料進行了光催化降解鹽酸土霉素和鹽酸強力霉素的實驗,并對其光催化降解率進行比較。在暗反應條件下,測定了材料的吸附平衡時間為30min。并且,比較不同條件下反應降解率的大小變化,確定反應條件對反應效果的影響。最佳反應的pH值為7,可以在反應2h后降解率為88.59%。催化劑用量對處理效果的影響不大。使用初始濃度分別為30mg/L、40mg/L、50mg幾的二氧化鈦石墨烯復合物對鹽酸土霉素的光催化降實驗,初始濃度越大,處理的效果越明顯。以及合成過程中二氧化鈦投加量為0.2m1的復合物處理效果最好。對具有最佳光催化性能的復合物進行廠回收和重復性試驗,驗證光催化劑反復利用對光催化反應降解率的影響,結果表明在重復利用的前3次反應速率較好,降解率分別為87.92%、87.22%、66.41%。最后對石墨烯、二氧化鈦和二氧化鈦石墨烯復合物光催化降解鹽酸土霉素的反應動力學進行討論,所有的反應都符合一級反應動力學,并且二氧化鈦石墨烯復合物處理鹽酸土霉素廢水反應效果最好,反應速率常數是k=0.01。
【關鍵詞】：二氧化鈦 石墨烯 二氧化鈦石墨烯復合物 光催化 四環(huán)素類抗生素廢水
【學位授予單位】：哈爾濱商業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB332;X703
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-25
• 1.1 引言11
• 1.2 抗生素及其危害11-15
• 1.2.1 抗生素簡介11-12
• 1.2.2 抗生素進入水環(huán)境的途徑及殘留12
• 1.2.3 環(huán)境中的殘留抗生素的潛在危害12-13
• 1.2.4 抗生素對人類的危害13
• 1.2.5 國內各流域抗生素排放情況13-15
• 1.3 四環(huán)素類抗生素來源及危害15-16
• 1.3.1 四環(huán)素類抗生素簡介15-16
• 1.3.2 國內四環(huán)素類抗生素廢水的主要來源16
• 1.3.3 四環(huán)素類抗生素廢水對于環(huán)境及人類的危害16
• 1.4 常用四環(huán)素類抗生素廢水的處理方法16-17
• 1.4.1 物化處理法17
• 1.4.2 生物處理法17
• 1.4.3 化學處理法17
• 1.5 光催化技術17-18
• 1.6 TiO_2光催化劑18-22
• 1.6.1 納米TiO_2的制備方法19-20
• 1.6.2 優(yōu)化二氧化鈦納米材料的光催化效率的方法20-21
• 1.6.3 TiO_2納米材料的形貌調控21
• 1.6.4 金屬離子的摻雜21
• 1.6.5 非金屬的摻雜21-22
• 1.6.6 半導體材料的復合22
• 1.7 本課題研究思路和內容22-25
• 1.7.1 研究目的意義22
• 1.7.2 本文的研究思路22-23
• 1.7.3 技術路線23
• 1.7.4 實驗內容23-25
• 2 實驗材料和表征方法25-29
• 2.1 實驗試劑25
• 2.2 實驗儀器和設備25
• 2.3 材料表征方法25-26
• 2.3.1 廣角X射線粉體衍射(XRD)25-26
• 2.3.2 熱重分析TG26
• 2.3.3 N_2吸附-脫附等溫線(BET)26
• 2.3.4 掃描電子顯微鏡(Scanningelectronmicroscope,SEM)26
• 2.3.5 傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)26
• 2.3.6 X-ray光電子能譜(XPS)26
• 2.3.7 紫外/可見光/近紅外光譜儀(UVNIS/NIR)26
• 2.4 光催化降解試驗測試方法26-29
• 2.4.1 四環(huán)素類抗生素的定量分析26-28
• 2.4.2 實驗方法和過程28
• 2.4.3 光催化劑降解率的計算方法28-29
• 3 二氧化鈦石墨烯復合納米材料的制備及表征29-39
• 3.1 引言29
• 3.2 實驗部分29-38
• 3.2.1 制備方法29-30
• 3.2.2 氧化石墨及石墨烯的X射線衍射(XRD)分析30
• 3.2.3 氧化石墨和石墨烯的掃描電鏡(SEM)分析30-31
• 3.2.4 二氧化鈦石墨烯復合材料的形成過程31-32
• 3.2.5 二氧化鈦石墨烯復合材料的X射線衍射(XRD)分析32-33
• 3.2.6 二氧化鈦掃描電鏡(SEM)分析33
• 3.2.7 二氧化鈦石墨烯的掃描電鏡(SEM)分析33-35
• 3.2.8 二氧化鈦石墨烯的熱重(TG)分析35
• 3.2.9 二氧化鈦石墨烯復合物的氮氣吸附脫附測試(BET)35-36
• 3.2.10 二氧化鈦石墨烯復合物的紅外光譜(FTIR)測試36
• 3.2.11 二氧化鈦石墨烯復合物的XPS測試36-37
• 3.2.12 二氧化鈦石墨烯復合物的紫外漫反射測試37-38
• 3.3 本章小結38-39
• 4 二氧化鈦石墨烯復合物處理水中四環(huán)素類抗生素39-51
• 4.1 引言39
• 4.2 實驗藥品與實驗設備39-40
• 4.2.1 實驗藥品39
• 4.2.2 實驗所用的主要儀器和設備39
• 4.2.3 光催化的反應裝置39-40
• 4.3 復合材料的吸附平衡時間40-41
• 4.4 在紫外光源照射下光催化劑的光催化降解試驗41-50
• 4.4.1 紫外光光照射下的石墨烯、二氧化鈦光催化降解試驗41-44
• 4.4.2 二氧化鈦石墨烯復合材料光催化降解四環(huán)素類抗生素44
• 4.4.3 不同二氧化鈦石墨烯復合材料光催化降解鹽酸土霉素44-45
• 4.4.4 pH值變化對光催化效果的影響45-46
• 4.4.5 二氧化鈦石墨烯復合物投加量對模擬抗生素廢水的光催化效果的影響46-48
• 4.4.6 溶液初始濃度對鹽酸土霉素的光催化效果的影響48
• 4.4.7 催化劑的回收及重復性光催化實驗考察48-50
• 4.5 本章小結50-51
• 5 討論51-55
• 5.1 二氧化鈦、石墨烯和二氧化鈦石墨烯復合物的制備分析51
• 5.2 二氧化鈦石墨烯復合物形貌和結構的分析51-52
• 5.3 二氧化鈦石墨烯復合物光催化降解性能分析52-55
• 結論55-57
• 參考文獻57-65
• 附錄65-66
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文66-67
• 致謝67

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