殘留于水體中的止痛藥對(duì)水生生物及人類(lèi)具有慢性毒性的風(fēng)險(xiǎn),而具有降解有機(jī)污染物能力的半導(dǎo)體光催化劑近年來(lái)引起學(xué)者們的廣泛重視。鉍系光催化劑因其可見(jiàn)光響應(yīng)能力強(qiáng)、禁帶寬度窄及穩(wěn)定性良好等特點(diǎn)也備受關(guān)注。然而,光生電荷易復(fù)合、納米顆粒易團(tuán)聚、光催化活性不高、不易回收等缺點(diǎn)限制了一元鉍系光催化劑的實(shí)際應(yīng)用。因此,本論文針對(duì)上述存在的問(wèn)題制備了三種易回收、高催化活性的磁性鉍系復(fù)合光催化劑,以水體中典型止痛藥卡馬西平、雙氯芬酸、布洛芬（初始濃度:10 mg/L）為目標(biāo)污染物,對(duì)比分析了制備的磁性鉍系復(fù)合光催化劑與一元光催化劑的催化性能,探究了常見(jiàn)離子與共存物質(zhì)對(duì)其催化性能的影響,闡明了光催化劑降解止痛藥的機(jī)理及降解產(chǎn)物路徑,證明了制備的磁性鉍系復(fù)合光催化劑具備良好的再生利用性能,為水體中殘留止痛藥的去除及鉍系光催化劑的應(yīng)用提供理論數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。本論文主要研究?jī)?nèi)容和成果概括如下:1.通過(guò)改良的一步水解法制備了磁性生物炭基鉍系復(fù)合光催化劑Fe₃O₄/BiOBr/BC。管狀蘆葦生物炭（BC）的引入有效地解決了BiOBr納米顆粒易團(tuán)聚的問(wèn)題,提高了光生電荷的分... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

水體中止痛藥的來(lái)源與遷移途徑Fig.1-1Sourcesandmigrationpathwaysofanalgesicsinwater

能帶理論，半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)較特別，區(qū)別于絕緣體和金屬，具有價(jià)電子所占據(jù)的能帶—價(jià)帶（VB，ValenceBand）和未被電子占滿的能帶—導(dǎo)帶（CB，ConductionBand）位置，兩者之間電子所不能占有的能量狀態(tài)為禁帶（BandGap）[57]。光照下，當(dāng)光子能量等于或大于半導(dǎo)體禁帶寬度時(shí)，VB上的電子會(huì)被激發(fā)并躍遷到CB上，產(chǎn)生光生電子空穴對(duì)，CB上的光生電子（e-）具有較強(qiáng)的還原能力，VB上的光生空穴（h+）具有較強(qiáng)的氧化能力，可以遷移至半導(dǎo)體表面的不同位置，產(chǎn)生活性基團(tuán)如·OH、·O2-等進(jìn)而降解污染物分子。具體反應(yīng)過(guò)程見(jiàn)圖1-2。理想情況下，半導(dǎo)體光催化劑的光生e-和h+可以發(fā)揮各自很強(qiáng)的氧化還原能力使得污染物完全降解。然而，實(shí)際過(guò)程中，大部分光生e-和h+或從半導(dǎo)體內(nèi)部擴(kuò)散到表面前就已經(jīng)發(fā)生復(fù)合—體相復(fù)合，或遷移至表面時(shí)進(jìn)行復(fù)合—表面復(fù)合，進(jìn)而使其氧化還原能力大大下降，光催化活性明顯降低[58]。因此，為了充分發(fā)揮半導(dǎo)體光催化劑獨(dú)特的自身優(yōu)勢(shì)，如何提高其載流子分離，保證更多的光生電子和空穴參與反應(yīng)體系，是當(dāng)前光催化技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的重要研究課題。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)成功地在降解有機(jī)污染物、還原重金屬離子、去除氣象污染物、滅菌等領(lǐng)域運(yùn)用半導(dǎo)體光催化技術(shù)，并取得一定研究成果[56,59]，進(jìn)一步證明了半導(dǎo)體光催化技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。圖1-2半導(dǎo)體光催化技術(shù)反應(yīng)過(guò)程機(jī)理Fig.1-2Reactionmechanismofsemiconductorphotocatalytictechanology1.2.2鉍系光催化劑簡(jiǎn)介目前，光催化劑根據(jù)關(guān)鍵元素類(lèi)型主要分為鈦系光催化劑、鎘系光催化劑、鉍系光催化劑和非金屬光催化劑等。其中，鉍系光催化劑帶隙較窄、可被可見(jiàn)光激發(fā)、穩(wěn)定性良好且無(wú)毒無(wú)害，近年來(lái)成為研究熱點(diǎn)。

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文磁性鉍系復(fù)合光催化劑的制備及其對(duì)水體中典型止痛藥的降解研究11上，通過(guò)這一途徑光生電子空穴對(duì)可以實(shí)現(xiàn)有效分離[110]。Z型結(jié)構(gòu)是光激發(fā)下，低還原電位CB上的光生電子與低氧化電位VB上的光生空穴復(fù)合，而高還原電位CB上的光生電子和高氧化電位VB上的光生空穴各自發(fā)揮強(qiáng)氧化還原性，也實(shí)現(xiàn)了光生電荷的有效分離[111]。圖1-3常見(jiàn)的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)建機(jī)理圖Fig.1-3Mechanismofcommonheterojunctionsemiconductorconstruction迄今為止，已有一些關(guān)于鉍系光催化劑與其他半導(dǎo)體構(gòu)建異質(zhì)結(jié)的研究報(bào)道，主要包括鉍系光催化劑/磁性材料[112]、鉍系光催化劑/鉍系光催化劑[113]、鉍系光催化劑/鈦系光催化劑[114]、鉍系光催化劑/鎘系光催化劑[115]、鉍系光催化劑/類(lèi)石墨氮化碳[116]等，在消毒殺菌、去除有機(jī)污染物及重金屬等領(lǐng)域均具有較強(qiáng)的效果。結(jié)合本文研究重點(diǎn)，特對(duì)鉍系光催化劑/磁性材料異質(zhì)結(jié)進(jìn)行探討。構(gòu)建磁性鉍系異質(zhì)結(jié)可有效解決鉍系光催化劑分離回收難、催化活性低、光生電荷易重新復(fù)合等問(wèn)題。常見(jiàn)的磁性材料有鐵氧體（如MnFe2O4、CoFe2O4、ZnFe2O4等）、金屬氧化物（如Mn3O4、Co3O4、Fe3O4、γ-Fe2O3等）及純金屬（如Fe0、Co等）。Duangjam等[117]利用水熱法合成了新型磁性異質(zhì)結(jié)CoFe2O4/BiVO4，其光催化活性明顯高于純BiVO4，難降解有機(jī)污染物亞甲基藍(lán)去除率240min內(nèi)可達(dá)72.47%，這歸因于構(gòu)建的II型異質(zhì)結(jié)有利于光生e-及h+的遷移，降低復(fù)合概率。Niu等[118]制備了磁性異質(zhì)結(jié)光催化劑γ-Fe2O3/BiOI，在鎢絲燈照射下120min內(nèi)對(duì)染料甲基橙和抗生素磺胺吡啶的去除率分別可達(dá)67.6%和64.1%，均高于純BiOI的去除效率，良好的磁性也有助于材料從水相中分離。Jiang等[119]利用Fe3O4量子點(diǎn)改性BiOCl/BiVO4p-n型異質(zhì)結(jié)，合成的20%F

【參考文獻(xiàn)】：
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