BiVO_4光催化降解水体中布洛芬的研究

【摘要】布洛芬是一种典型的非甾体消炎镇痛药(NSAIDs),广泛用于减轻炎症、缓解疼痛并减少发热等,经人体吸收代谢后,排泄到体外,进入水体。虽然它在自然环境中的浓度很低,但由于其假持久性所导致的在环境中的长期存在,仍然对生态系统构成一定的潜在危险。因此,研究高效、低成本的技术来去除这类水体污染物已成为一个热门的课题。目前,去除这类物质主要采取的方法有混凝沉淀、微生物降解、吸附、膜过滤、芬顿氧化、电化学氧化、光催化氧化等。在这些方法中,光催化氧化对有机物降解彻底,最终降解产物为二氧化碳和水,不容易产生二次污染,显示出巨大应用前景。目前普遍采用的催化剂是二氧化钛,但这种催化剂只会在紫外光照射下产生电子空穴对,对太阳能的利用率低。因此,如何提高光的利用率,增大光催化剂在可见光区的响应成为人们的关注热点之一。本文使用水热法制备BiVO4光催化剂,用X射线衍射、扫描电镜、紫外-可见漫反射吸收等技术对其表征。结果表明产品结晶良好,为单斜晶系,BiVO4粉体形貌单一,成球体,表面由许多小粒子团聚而成,能带间隙为2.32eV。本文以布洛芬为目标物,研究了在模拟太阳光照射下常规指标(反应液浓度、pH、催化剂用量)对BiVO4光催化性能影响以及光催化氧化机制。通过实验得出：布洛芬在模拟太阳光照射下能有效被降解,光催化降解速率随着初始浓度增加而降低,降解过程符合一级动力学方程。当BiVO4量为5g/L,pH值为4.5时,光照25min后,浓度为10mg/L的布洛芬降解率达到90%以上,光照100min后,TOC去除率为27.3%,TOC的去除滞后于布洛芬的去除,说明了中间产物的存在。对光催化反应过程中产生的活性氧物种(ROS)进行猝灭实验,结果表明,02-·、·OH参与的贡献率分别为84.9%、50.3%,这表明BiV04的光催化降解过程主要涉及O2·-、·OH的氧化历程。空穴的直接氧化对布洛芬降解贡献不大。同时,在pH值为4.5,BiVO4量为5g/L的条件下,本课题还做了光催化联合H2O2、K2S2O8组合工艺对布洛芬光催化降解的影响,以及光催化联合体系的氧化机制。实验结果表明,H2O2、K2S2O8的加入一定程度上都可以促进布洛芬的降解。通过活性物种(ROS)猝灭实验,可得出联合体系中布洛芬的降解主要基于羟基自由基对布洛芬的氧化。通过比较不同体系中ROS对布洛芬的降解速率大小,可得出BiVO4光催化联合K2S208体系对布洛芬的处理效果明显优于BiVO4光催化联合H202体系。
【作者】康亚璞；
【导师】刘国光；
【作者基本信息】广东工业大学，环境科学与工程，2014，硕士
【关键词】BiVO4；布洛芬；双氧水；过硫酸钾；光催化降解；机理；

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