WOsub3_sub%40g-Csub3_subNsub4_sub光催化剂的制备及降解抗生素的试验研究.pdf

Advances in Environmental Protection 环境保护前沿环境保护前沿,2023,13(4),772-782 Published Online August 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/aep https:/doi.org/10.12677/aep.2023.134094 文章引用文章引用:向玲,张胜军,吴辉勇,从军军,朱海杰,刘晓宇,成岳.WO3g-C3N4光催化剂的制备及降解抗生素的试验研究J.环境保护前沿,2023,13(4):772-782.DOI:10.12677/aep.2023.134094 WO3g-C3N4光催化剂的制备及降解抗生素的光催化剂的制备及降解抗生素的试验研究试验研究 向向 玲玲1*，张胜军张胜军2,3，吴辉勇，吴辉勇2,4，从军军，从军军2，朱海杰，朱海杰2，刘晓宇，刘晓宇2，成，成 岳岳2#1江西景江安全环保技术有限公司，江西 景德镇 2景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院，江西 景德镇 3江西墨塔科技股份有限公司，江西 景德镇 4上饶师范学院化学与环境科学学院，江西 上饶 收稿日期：2023年6月18日；录用日期：2023年7月20日；发布日期：2023年7月28日 摘摘 要要 以偏钨酸铵和三聚氰胺为前驱体，通过混合煅烧，制得具有光催化性能的以偏钨酸铵和三聚氰胺为前驱体，通过混合煅烧，制得具有光催化性能的WO3g-C3N4复合材料。采用复合材料。采用SEM、EDS对复合材料进行表征。研究结果表明，三聚氰胺与偏钨酸铵按比例研磨混合，在马弗炉中经对复合材料进行表征。研究结果表明，三聚氰胺与偏钨酸铵按比例研磨混合，在马弗炉中经过过550煅烧煅烧3 h，制得，制得WO3含量为含量为5%的的WO3g-C3N4复合材料。在室温条件下，当四环素浓度为复合材料。在室温条件下，当四环素浓度为20 mg/L，pH值为值为6，复合材料投加量为，复合材料投加量为500 mg/L，打开冷却水，在，打开冷却水，在250 W的长弧汞灯光下催化，时间为的长弧汞灯光下催化，时间为120 min时，于分光光度计下在时，于分光光度计下在357 nm处测定吸光度，对四环素的光催化降解率可达处测定吸光度，对四环素的光催化降解率可达83%。关键词关键词 WO3，C3N4，WO3g-C3N4，光催化降解光催化降解，四环素四环素 Preparation of WO3g-C3N4 Photocatalyst and Experimental Study on Degradation of Antibiotics Ling Xiang1*,Shengjun Zhang2,3,Huiyong Wu2,4,Junjun Cong2,Haijie Zhu2,Xiaoyu Liu2,Yue Cheng2#1Jiangxi Jingjiang Safety and Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Jingdezhen Jiangxi 2School of Materials Science and Engineering,Jingdezhen Ceramic Institute,Jingdezhen Jiangxi 3Jiangxi Mota Technology Co.,Ltd.,Jingdezhen Jiangxi 4School of Chemistry and Environmental Sciences,Shangrao Normal University,Shangrao Jiangxi Received:Jun.18th,2023;accepted:Jul.20th,2023;published:Jul.28th,2023 *第一作者。#通讯作者。向玲 等 DOI:10.12677/aep.2023.134094 773 环境保护前沿 Abstract WO3g-C3N4 composite with photocatalytic activity was prepared by calcination of ammonium metatungstate and melamine.The composite was characterized by SEM(electronic scanning mi-croscope)and EDS(electronic energy spectrum analysis).The results showed that the WO3g-C3N4 composite with WO3 content of 5%was prepared by grinding and mixing melamine and ammo-nium metatungstate in proportion and calcining in muffle furnace at 550 for 3 h.At room temper-ature,when the concentration of tetracycline is 20 mg/l,pH value is 6,the dosage of composite material is 500 mg/l,cooling water is turned on,catalysis is carried out under 250 W long arc mercury light,and the time is 120 min.The absorbance is measured at 357 nm under the spec-trophotometer.The photocatalytic degradation rate of tetracycline can reach 83%.Keywords WO3,C3N4,WO3g-C3N4,Photocatalytic Degradation,Tetracycline Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 四环素类抗生素由于其处理效果好、价格低廉等优点1，正在被广泛地使用，四环素成为最常见的抗生素种类之一。四环素具有在水中不易降解、分布广泛的特点，使用不当时会对人类的身体健康造成潜在的威胁，同时对环境也会产生重要的影响。四环素的活性虽然较低，但是毒性却很强，会随着一些污染物、空气的传播等途径进入到环境中，发生一系列的降解反应，破坏生态环境，危害人的身体2 3。对于四环素的降解，传统方法会用物理吸附、简单氧化法等方法去处理，但会产生二次污染、降解效率差等不利影响。因此，研究一种高效有前途的技术去处理很有必要。石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种半导体可见光光催化剂，具有表面积较大、来源广、原料成本低、对人体无毒无害、容易制备等优点4，具有一定的可见光活性，在催化材料等领域被广泛应用5 6，是一种理想的力学、光学、电学材料。但是由于其可见光范围较短，产率低的缺点，催化性能受到一定限制。因此，可以对 g-C3N4进行改性或者掺杂来提高其催化性能，提高对有机污染物的降解效率。李文博等人7研究用铁元素掺杂 C3N4催化材料，研究结果表明，C3N4催化材料用于处理相同用量的 MO 时，降解效率仅仅 16%，而在铁掺杂的情况下，对光的吸收效果明显增强，当铁的含量占比为 15%时，降解效率大大增强，此时的降解效率最高。曹媛等人8研究表明，C3N4催化材料在 S 元素掺杂的情况下，当用太阳光模拟时，在模拟降解罗丹明 B 时，降解速率也明显提高，S 的掺杂有很大的影响，掺杂后纳米材料的降解速率是单纯 C3N4材料的 27 倍。在光催化材料半导体中引入更多的介孔，使介质扩散得更充分，会扩大与污染物的表面接触面积，使得降解效率得到增强。他们采用简单有效的方法，用 HCl 处理，获得了多孔 C3N4，此介质材料的表面积以及对光的吸收效率都大大增强9 10。三氧化钨(WO3)是一种半导体光催化材料，WO3具有许多特性，如光稳定性、可见光吸收性、热稳定性等。它在可见光区的工作效率很高。将具有光催化性能的 C3N4与 WO3复合，以三聚氰胺和偏钨酸铵为前驱体，按一定比例掺杂煅烧从而制备 WO3g-C3N4复合光催化剂，处理四环素废水，研究了不同条件下的光催化降解效率的差异，取得了较好的效果。Open AccessOpen Access向玲 等 DOI:10.12677/aep.2023.134094 774 环境保护前沿 2.实验实验 2.1.WO3的制备的制备 用精准天平(FA1004B，上海越平科学仪器(苏州)制造有限公司)称取一定量的偏钨酸铵(H40N10O20W5，天津佰玛科技有限公司)在玛瑙中细磨后，放入加盖的坩埚中，置于马弗炉(XMTA-808，余姚市长江温度仪表厂)中于 550恒温煅烧 3 h，升温速率保持为 35/min，等粉末自然冷却，稍后研磨取出备用。2.2.C3N4的制备的制备 用精准天平称取一定量的三聚氰胺(C3H6N6，上海阿拉丁生化科技有限公司)，在玛瑙中细磨后，放入加盖的坩埚中，置于马弗炉中于 550恒温煅烧 3 h，升温速率保持为 35/min，等粉末自然冷却，稍后研磨取出待用。2.3.WO3g-C3N4的制备的制备 WO3和 C3N4分别以偏钨酸铵和三聚氰胺为前驱体，分别称取不同质量的偏钨酸铵(其中 WO3含量为3%、5%、10%、15%)与定量的三聚氰胺，在玛瑙中仔细研磨混合均匀。放于加盖的坩埚中，于马弗炉中在 550下恒温煅烧 3 h，冷却至室温后取出，放于玛瑙中混合均匀，装入样品袋备用。分别记为 3%、5%、10%、15%WO3g-C3N4。2.4.光催化剂材料的表征光催化剂材料的表征 对材料进行 XRD(D8-ADVANCE X-Ray 仪，德国 Bruker 公司)分析。扫描电镜(JSM-6700F 冷场发射扫描电子显微镜，JSM-6300 型，日本电子公司)分析 WO3g-C3N4光催化复合材料的形状和晶体形貌，对复合材料其进行元素分析，判断元素的组成与化学成分分布情况。2.5.光催化活性评价光催化活性评价 分别做不同 WO3g-C3N4复合材料投加量(200 ml 中加 50 mg、100 mg、200 mg)、不同四环素(C22H24N2O8，源叶生物)底物浓度(10 mg/L、20 mg/L、50 mg/L、100 mg/L)、不同四环素底物 pH(4,6,8)(DZS-708-A，上海仪电科学仪器股份有限公司)、不同反应时间(20,40,60,80,100,120,140 min)、不同比例(3%、5%、10%)WO3g-C3N4光催化复合材料的单一变量试验，研究对四环素光催化降解试验的影响。实验中，光催化降解试验用 250 W 长弧汞灯作为光源，在室温下，将目标污染物与催化剂放入长弧汞灯反应仪器(PLS-LAM 250，北京泊菲科技有限公司)中，打开冷却水，先暗反应搅拌 30 min，达到吸附平衡(浓度记为 C0)，在不停搅拌的情况下，打开长弧汞灯进行光催化，每隔 20 min 用胶头滴管取样约 6 ml(对应浓度记为 C)，使用高速离心机，在 12,000 r/min 情况下，离心 10 min，使用紫外分光光度计(UV754/UV754N，上海佑科仪器仪表有限公司)，在 357 nm 处测其吸光度，同时记录试验数据。计算降解率，探究不同条件下光催化反应，进行分析处理。四环素标准曲线为：A=0.02173C+0.