【摘要】：抗生素被普遍的應用于各類感染性疾病的治療以及畜牧養(yǎng)殖上,然而其大量的被濫用,導致抗生素在環(huán)境中的殘留逐漸增加,對人類和生態(tài)環(huán)境造成潛在的危害。傳統(tǒng)的生物化學工藝并不能有效的處理抗生素廢水,而研究發(fā)現(xiàn)利用充足的陽光照射半導體光降解抗生素是解決全球抗生素水污染的理想方法。類石墨相氮化碳(g-C_3N_4)作為非金屬半導體,由于其無毒、廉價易得等優(yōu)點被廣泛的應用于有機污染物降解。但由于g-C_3N_4的比表面積較小、光吸收能力較低、電子-空穴的分離效率低,導致光催化效率較低,影響其實際應用。為了提高g-C_3N_4的光催化性能,本文圍繞g-C_3N_4進行多方面改性,通過表征分析所制備的復合材料的物理化學特性,同時研究其光降解泰樂菌素(TYL)的性能和機理,具體研究內(nèi)容如下:(1)通過熱聚合和水熱法制備出新型的針鐵礦/g-C_3N_4復合催化劑,利用針鐵礦與g-C_3N_4的價帶(VB)和導電帶(CB)的不同,構(gòu)造半導體異質(zhì)結(jié)有效地抑制電子空穴對的重組。當針鐵礦與g-C_3N_4的質(zhì)量比1:1時,所制備的催化劑展現(xiàn)出最強的降解效率,其光降解效率是純g-C_3N_4的3倍多。此外,針鐵礦的負載使得復合催化劑的比表面積和光吸收能力得到大幅度增加,有效的抑制了電子空穴對的重組。實驗研究發(fā)現(xiàn)針鐵礦/g-C_3N_4復合材料在光照下所產(chǎn)生的超氧化物自由基(·O_2~-)和羥基自由基(·OH)是主導TYL光降解的主要活性基團。同時,經(jīng)過循環(huán)實驗也證實了針鐵礦/g-C_3N_4復合材料具有較好的穩(wěn)定性和循環(huán)利用性。(2)利用單糖(葡萄糖)、雙糖(蔗糖)和多糖(環(huán)糊精)為前驅(qū)體,通過表面活性劑改性合成具有更高的晶體結(jié)構(gòu)的改性碳球。而在g-C_3N_4中所嵌入的少量改性碳球可以形成一個具有親密界面的異質(zhì)結(jié),以碳球為載電體促進電子空穴對的分離效率。通過表征和光解實驗發(fā)現(xiàn),改性碳球以其本身的特性擴大了g-C_3N_4的可見光吸收范圍,并且通過電子的轉(zhuǎn)移抑制了電子空穴對的重組,從而提高對TYL的光降解效率。此外,研究表明主導TYL光降解的活性基團是·O_2~-和·OH,而TYL的光降解過程符合偽一級反應動力學。(3)分別以雙氰胺、三聚氰胺和尿素為前驅(qū)體,利用硝酸鈉的氧化和爆裂性,通過熱聚合制備出的改性g-C_3N_4。通過表征發(fā)現(xiàn),硝酸鈉的摩爾比含量與前驅(qū)體的種類對不僅影響所合成g-C_3N_4的晶體結(jié)構(gòu)和化學結(jié)構(gòu),同時也會影響g-C_3N_4的凝結(jié)程度和比表面積;硝酸鈉能夠改變g-C_3N_4的晶體結(jié)構(gòu),并產(chǎn)生了新的化學鍵,誘導g-C_3N_4的物理化學特性發(fā)生變化,從而提高了其光催化降解TYL的能力。在模擬的太陽光照射下,以雙氰胺、三聚氰胺和尿素為前驅(qū)體改性后的g-C_3N_4的光降解速率分別是未改性g-C_3N_4的5.05、5.32、12.93倍。此外,研究發(fā)現(xiàn),改性后的g-C_3N_4能產(chǎn)生更多的·O_2~-和空穴(h~+),能大幅度提高光降解TYL的效率。
【圖文】：

徑來滅殺微生物或抑制微生物繁殖，以達到治療的效進入環(huán)境的途徑素被發(fā)現(xiàn)可廣泛的應用于人類、動物感染性疾病的治物生長，抗生素的使用和消耗就逐年增加。然而人和些抗生素，有高達 70％的抗生素是以母體或代謝物的環(huán)境中[5]。隨著抗生素的使用, 土壤、沉積物、污泥、地，小溪，河流、海洋)、植物和水生動物等環(huán)境介質(zhì)中存在[20]。此外，環(huán)境中的抗生素的來源很廣泛，主要用抗生素及畜牧業(yè)飼用抗生素的使用。環(huán)境中抗生素圖 1 所示[22]。

提高其抗病能力，縮短生長周期，提高經(jīng)濟效益和飼料使用效率。研究人員向 4 個月的豬仔喂食每公斤含 5-20 mg 的 TYL 飼料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加 20 mg TYL的飼料對豬的體重提高最多，，達到平均日增重 700 克，并且明顯降低了豬的發(fā)病率[48]。此外，TYL 不能被禽畜完全吸收，會有 70%以上以母體或代謝產(chǎn)物形式排出體外，進而危害人類和生態(tài)健康。TYL 是一種呈淺黃色或白色的粉末，水中的溶解度為 5 g/L，易溶于乙腈等極性溶液，無臭，味苦，呈弱堿性[15]。TYL 是由四個部分組成（表 2），分別是6-脫氧-D-阿洛糖（mycinose），十六元泰樂內(nèi)酯環(huán)（tylactone），氨基碳霉糖（mycaminose）和紅霉糖（mycarose），TYL 的結(jié)構(gòu)式見圖 2[49]。此外，TYL 在發(fā)酵生產(chǎn)過程產(chǎn)出 A、B、C 和 D 四種活性組分（見），其中 A 組分占大約 95%，并且 A 組分的抗菌性最強[49]。此外，TYL 的具體性質(zhì)見表 3，通過 pKa 可以發(fā)現(xiàn)當 TYL 溶液的 pH 值<7.1 時，其主要以正電荷形式存在，而當 pH 值大于 7.1 時，TYL 是以不帶電荷的分子態(tài)存在。TYL 在不同 pH 值的水溶液中所表現(xiàn)出具體形態(tài)如圖 3 所示。
【學位授予單位】：安徽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X703

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

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本文編號：2596923