管状硫化铜的制备及其对水中四环素去除性能研究

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作者刘洋
来源南京信息工程大学
出版年2021
摘要
近年来,四环素的生产和使用造成了严重的水体污染,如何去除水中四环素类污染已经成为水污染控制方向的研究热点。本论文在合成了一系列不同形貌硫化铜的基础上,通过表征其理化性质,选出了两种管状硫化铜作为研究对象,考察了它们对水中四环素的吸附性能和机理,探究了它们对水中四环素的光催化降解性能。主要研究结果如下:(1)通过水热法和溶剂热法合成了不同形貌的10种硫化铜,并通过BET,SEM,XRD,FTIR等分析手段对其理化性质进行了表征。结果表明合成的样品形貌包括仙人球状、棒状、管状和桑葚状,粒子尺寸为微米级别,所有样品除BX-50外均为纯靛铜矿相硫化铜,合成的硫化铜样品为介孔材料,比表面积介于2637.6 m2/g之间,禁带宽度在0.711.25 e V范围内。(2)以BY-28和BX-80两种理化性质优越的管状硫化铜为吸附材料,研究了不同pH值条件下,两种硫化铜对水中四环素的去除性能;并进一步研究了它们对四环素的吸附动力学,吸附等温线,以及吸附饱和后的脱附性能。结果表明,两种硫化铜的最佳吸附pH分别为6.19和6.37;BY-28和BX-80两种硫化铜对水中四环素的吸附动力学数据符合伪二级动力学模型,吸附平衡时间分别为3000 min和6000 min,即BY-28具有更快的吸附速率。它们的吸附等温线数据符合Langmuir模型,298 K的条件下的饱和吸附量分别为2339.1 mg/L和1863.1 mg/L,证明合成的BY-28具有更优异的吸附性能;使用0.03 M HCl+60%乙醇脱附液对吸附饱和后的BY-28和BX-80进行脱附,脱附率分别为99.0%和94.6%;比较吸附前后的红外光谱图,发现四环素在两种硫化铜表面的结合位点主要为A环上1523 cm-1、1671 cm-1和2928 cm-1处的酰胺基、羰基和二甲胺基以及C环上的羰基。(3)以管状硫化铜BY-28为光催化剂,研究了pH值,催化剂投加量和光源种类对BY-28催化效果的影响,并进一步考察了吸附与光催化间的关系,以及该体系中的活性物种。实验结果表明,管状硫化铜BY-28光催化降解水中四环素的最佳初始pH为8,最佳催化剂投加量为0.2 g/L。在紫外光照射下,对初始浓度为200 mg/L的高浓度四环素溶液180 min的去除率可以达到90%以上,表明BY-28对水中四环素具有良好的光催化降解性能。另外,光催化和吸附的关系研究表明,光催化的存在可以增加硫化铜的去除效果,证明在硫化铜光降解四环素的过程中,光催化和吸附是协同作用。自由基捕获实验结果表明,该反应体系中的主要活性物种为光生空穴(h+)和超氧自由基(·O2-)。综上所述,本论文合成的管状硫化铜BY-28是比无定型硫化铜稳定性更高的新型硫化铜材料,对水中的盐酸四环素具有良好的吸附性能和光催化降解性能,可作为吸附剂和光催化剂处理高浓度四环素废水,同时也可以为水中其它抗生素类污染物的去除提供理论支撑和技术支持。

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