Bi2MoO6/Bi2WO6/MWCNTs催化剂的制备及其降解性能研究

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水体中有机污染物去除是一个急需解决的问题,本课题选择活性蓝19(RB-19)染料以及具有代表性的氧氟沙星(OFX)、洛美沙星(LOM)、磺胺二甲嘧啶(SMT)、磺胺二甲异噁唑(SIZ)四种抗生素作为目标污染物分子。首先,优化工艺制备了三元Bi2MoO6/Bi2WO6/MWCNTs催化剂并对其进行了系列表征。然后,将制备的Bi2MoO6/Bi2WO6/MWCNTs催化剂作用于RB-19染料,评价催化剂的催化效果并进一步阐明其降解机理。最后,开发出了四种抗生素类药物的高效液相色谱串联质谱(HPLC-MS/MS)分析方法,利用制备的系列催化剂对四种目标抗生素进行降解并对其降解机理进行探索,主要的研究结果如下:
  (一)催化剂合成条件的筛选及表征。本课题通过对碳纳米管掺杂量、溶液pH、反应温度和时间进行调控,优化出了最佳合成工艺。在优化好的工艺下合成了一元Bi2MoO6、Bi2WO6、二元Bi2MoO6/Bi2WO6、Bi2WO6/MWCNTs、Bi2MoO6/MWCNTs和三元复合Bi2MoO6/Bi2WO6/MWCNTs六种系列光催化剂,并使用XRD、Raman、SEM、PL和EIS等技术对制备的光催化剂进行分析表征。结果表明,MWCNTs为0.8%、pH为3、温度为180℃、时间为6h条件下制备的Bi2MoO6/Bi2WO6/MWCNTs具有最好的光催化活性。
  (二)在模拟可见光照射下对RB-19染料进行降解。利用制备的系列光催化剂对RB-19染料进行光降解,可得三元催化剂Bi2MoO6/Bi2WO6/MWCNTs对RB-19的降解率达到96%以上,分别是纯Bi2MoO6和Bi2WO6的2.4倍和1.5倍。说明制备的三元复合光催化剂具有较好的光催化降解性能,可实现水体中染料的有效降解。
  (三)采用HPLC-MS/MS技术对四种抗生素的分离分析方法进行开发。首先,通过对色谱和质谱条件的优化,采用Sharpsil-H C18柱实现了对OFX、LOM、SMT和SIZ四种抗生素的基线分离,并对开发的方法进行验证。实验结果显示,在0.01~10μg·mL-1的梯度浓度内,四种药物的R2均在0.9987~0.9995之间,说明质谱响应信号和浓度之间具有较好的线性相关性;在0.05、0.1和1.0μg·mL-1三个浓度上进行加标,测得四种抗生素的回收率均在93.4%~99.5%范围内。以上结论说明,开发的方法具有较高的准确度,可用于水环境中微量抗生素的检测。
  (四)利用制备的系列催化剂对四种抗生素进行光降解,结果显示,三元催化剂Bi2MoO6/Bi2WO6/MWCNTs具有最好的光催化效果,OFX、LOM、SMT和SIZ的降解率分别为97.15%、98.14%、95.32%和96.34%,然后利用HPLC-MS/MS技术,对四种抗生素的降解中间产物进行检测和追踪,初步探究了四种抗生素可能的降解机理。
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