具有双响应活性Z型CdWO4/ZnFe2O4体系构筑及光—微波催化降解四环素

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作为一种有效的抗生素,四环素具有广谱抗菌活性、低毒性、低成本等优点,已经被广泛地应用于治疗人和动物的细菌感染疾病。然而,四环素在生物体内新陈代谢较弱,不易被吸收,这导致摄入生物体内的90%的剂量通过排泄物释放到环境中。由于四环素的生态毒性及抗生素抗性基因的产生,即使在水环境中检测到的四环素含量只有?g?L-1甚至ng?L-1,对人体健康和生态系统来说仍然具有潜在的危害。近年来,关于水中四环素的去除主要采用吸附法、生物降解,和包括高级氧化技术在内的化学氧化法等。其中,光催化技术操作简单、效率高、无二次污染,是处理水中有机物的一种成熟、理想的技术;由于微波照射穿透能力强、能量效率高,微波诱导催化氧化技术可以加快反应并缩短处理时间。因此,本研究将光催化与微波催化氧化技术相结合,并构筑一种能够同时利用光能和微波能的催化体系,以实现快速、完全地降解水中不同浓度的有机污染物。本研究采用等电点法和高温煅烧法制备了一种具有UV-MW双响应活性的新型Z型CdWO4/ZnFe2O4催化体系,来降解水中四环素。考察了粒子比(CdWO4:ZnFe2O4)、照射时间、MW功率、初始浓度、催化剂用量、催化剂重复使用次数等参数对CdWO4/ZnFe2O4在UV-MW下的催化活性的影响,并提出了Z型CdWO4/ZnFe2O4/UV-MW催化体系可能的降解机理。结果表明,光催化与微波诱导催化氧化技术的结合可以获得较好的CdWO4/ZnFe2O4催化性能,Z型CdWO4/ZnFe2O4体系在UV-MW照射下显示了较高的催化活性。特别是,微波等离子体的产生加速了电子转移和活性物种的产生,进而促进了氧化还原能力的增强和有机污染物的降解。当粒子比(CdWO4:ZnFe2O4)为1:8时,CdWO4/ZnFe2O4具有最高的催化活性,且当初始浓度为25.0 mg/L,催化剂投加量为1.0 g/L时,于UV(200 W)-MW(400 W)照射下反应35.0 min,四环素溶液的降解率可达87.3%。此外,CdWO4/ZnFe2O4经过五次循化实验后,仍保持较高催化活性;在降解过程中,·OH起主要作用,·O2~-和h+起相对次要的作用。因此,CdWO4/ZnFe2O4/UV-MW技术在处理不同浓度的水和废水中抗生素方面具有广阔的应用前景。
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