沸石基MoS2光催化降解四环素废水复合材料制备及性能调控

作者:刘俊飞
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光催化氧化技术是去除水中有机污染物的有效途径之一。位于MoS2纳米的二硫化钼由于其窄带隙和良好的可见光吸收特性,近年来成为光催化领域的研究热点。然而,纳米MoS2的疏水凝聚和有限的催化活性位点给其应用带来了巨大挑战。本文以改性沸石为载体,深入研究了制备条件、性能调节和环境因素对其在沸石基硫化钼(MoS2@Z)催化剂)催化性能的影响。系统地揭示了四环素在复合催化剂的光催化降解机理和TC的降解途径。通过制备简单的催化剂产物,研究了复合催化剂在自然光下降解TC的性能。研究了硫化钼负载量、前驱体、pH值和水热反应的硫前体类型、初始温度对MoS2@Z光催化降解TC性能的影响。优化后的MoS2@Z-5(MoS2负载量为5mmol)催化剂对TC的降解率为84.46%。研究发现,改性后的沸石提高了MoS2@Z-5的亲水性,有效地解决了纳米MoS2的疏水团聚问题,并通过抑制MoS2纵向的生长制备了尺寸更小、活性更高的纳米MoS2。研究了环境因素对TC在MoS2@Z-5光催化退化的影响。结果表明,当pH初始值为6时,TC的降解率在150分钟内达到87.23%。共存离子会抑制光催化反应MoS2@Z-5的性能,且阳离子的抑制作用大于阴离子。紫外漫反射光谱表明,改性沸石的引入导致MoS2@Z-5的光吸收性能下降,其高催化活性主要是由于Z-5活性中心在MoS2@的暴露,在电子迁移速率和e-/h+分离效率快速,在等电点适用。Co/Mo摩尔和CoS2/MoS2@Z催化剂准备了不同的方案。研究发现,CoS2/MoS2@Z-5(Co:Mo摩尔比:5:5)对TC的降解率高达96.75%。MoS2@Z引入CoS2后,其光催化性能提高的主要机制是强吸附、提高可见光吸收和高效光催化。反应体系中的主要活性成分是空穴(h+)和超氧自由基(·O2-)。四环素通过脱氨、二羟基化、脱酰胺和羰基化降解。成功合成了全光谱CeO2/MoS2@Z催化剂。结果表明,CeO2/MoS2@Z-3(CE:Mo摩尔比 3:7)的催化性能最好,TC的降解率为98.32%,反应体系中的主要活性组分为·O2和h+·O2,主要来自CeO2中存在的吸附氧以及体系中氧分子与E-的结合。在自然光照射24小时后,CeO2/MoS2@Z-3产品对TC的降解率为84.19%。本文的研究结果将为MoS2和沸石的开发和应用提供理论依据,并为MoS2与非金属矿材料的协同机理和性能调节研究提供参考。