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开云优惠体育网页版入口名称：共掺杂TiO2/生物炭复合材料吸附-光催化降解水体中典型抗生素

开云优惠体育网页版入口完成单位：陇东学院

开云优惠体育网页版入口完成人：张鹏会;李艳春;齐慧丽;张玉全;李小菊;康进科

所属行业：水利、环境和公共设施管理业

开云优惠体育网页版入口登记号：9622022J0550

开云优惠体育网页版入口简介：

1、课题来源与背景
本项目由甘肃省开云优惠体育网页版入口厅2021年立项，是甘肃省自然科学基金项目，项目名称：共掺杂TiO2/生物炭复合材料吸附-光催化降解水体中典型抗生素，项目编号：21JR1RM335。
TiO2在低浓度抗生素体系中活性较低，由于其表面/单分子层内对抗生素的吸附能力较差，抗生素分子与TiO2碰撞的几率大幅下降，限制了体系内抗生素的降解速率，影响其应用于实际水环境中抗生素的降解去除。加之TiO2带隙（3.2eV）较宽，光谱吸收范围窄、光生电子-空穴对易复合、光量子效率低，在水环境中分离困难且分散性差，严重制约了其广泛应用。因此，通过杂原子掺杂来改善TiO2光催化反应对可见光的利用率效，同时引入第二种材料（生物炭）为TiO2提供稳定的分散载体，这样不仅能提高光催化剂的可回收性，同时增强可见光的光敏性，受到了越来越多研究者的青睐。
2、研究目的与意义
水环境中低浓度的抗生素，不仅对水生生物具高的生物毒性，也会干扰人体代谢功能，更严重的会诱导产生抗性细菌和耐药基因，这极大地削弱了抗生素治疗疾病的能力，对人类健康和生态环境造成严重威胁，因此，如何有效、快速且彻底去除水环境中的抗生素成为我们所面临的严峻挑战之一。
以TiO2为催化剂，光照下产生具有强氧化作用的?OH或?O2-，能将有机污染物氧化成CO2、H2O等无机小分子。但TiO2带隙（3.2eV）较宽，光吸收范围窄、光生电子-空穴对易复合、光量子效率低，严重制约其工业化应用。因此，通过引入二次材料为TiO2提供稳定的分散载体，不但能增强可见光的光敏性，同时提高光催化剂的可回收性。将TiO2与生物炭结合，借助生物炭优良的吸附能力，快速吸附富集水体中有机污染物并转移给光催化剂，增加了有机污染物及其中间产物与光催化剂的接触几率；借助生物炭和光催化剂都能在光作用下能产生大量的强氧化性物质，有利于水体中有机污染物的矿化。
3、主要论点与论据
（1）探明了银杏果壳生物炭对环丙沙星（CIP）的吸附去除能力，并通过吸附等温线和动力学模型，解析CIP的吸附规律与吸附机理。
（2）探明超声辅助的溶胶-凝胶法制备B和In（Ce,In-）共掺杂TiO2光催化剂的工艺条件，为催化材料制备提供了参考。
（3）研究催化剂活性与掺杂方式、掺杂浓度、掺杂状态、能带结构变化及TiO2的晶型结构之间的关系，揭示共掺杂TiO2催化剂的结构对光生载流子的分离以及太阳光照射下催化活性的影响的规律和作用机制，为缩短TiO2带隙宽度，拓宽光响应范围提供依据。
（4）探究了TiO2/生物炭功能化复合材料去除CIP的吸附-光催化降解的协同作用，该过程活性物质的贡献主要来自?O2-和?OH，这为深度处理水体中典型的抗生素提供新型、环保的材料。
4、创见与创新
（1）首次制备TiO2/银杏果壳生物炭（BTBC）复合材料。
（2）通过共掺杂以及与生物炭的复合，使TiO2的价带和导带位置发生变化，可以拓宽复合材料的光响应范围，实现在太阳光下的催化降解水体中环丙沙星。
（3）BTBC复合材料深度处理环丙沙星废水的机理和处理工艺。前人对抗生素废水的吸附和光催化氧化处理进行了研究，但在太阳光照射下，BTBC复合材料对抗生素废水进行深度处理尚未见报道，且对抗生素废水的机理研究也未见报道。
5、社会经济效益，存在的问题
通过杂原子掺杂来改善TiO2对可见光（太阳光）的利用率效，同时引入第二种材料（生物炭）为TiO2提供稳定的分散载体，这样不仅能提高光催化剂的可回收性，同时增强了可见光的光敏性受到了越来越多研究者的青睐。因此，共掺杂TiO2/生物炭复合材料在有机废水处理方面有着巨大的应用前景。
6、历年获奖情况
无
7、开云优惠体育网页版入口简介
近年来，抗生素被广泛用于抵抗疾病、保护人类和动物的健康。然而，其在体内代谢困难，最终排入自然水体造成污染，已成为水环境亟待解决的问题之一。本研究综合现有技术的特点，将生物炭吸附与TiO2光催化技术结合，利用持续存在的生物炭局域强吸附与共掺杂TiO2光催化降解协同作用，实现水环境中环丙沙降解去除。为探明二者间的协同作用机制，通过超声辅助的溶胶-凝胶法制备TiO2/生物炭功能化复合材料。以吸附-光催化降解实验来探究功能化复合材料对环丙沙星（CIP）的吸附-光催化降解特性。研究发现，银杏果壳生物炭吸附CIP的过程符合Pseudo-second-order动力学模型（R2=0.9792）。吸附等温线拟合发现，Langmuir-Freundlich(R2=0.9976)模型能很好地描述CIP的吸附行为。TiO2/生物炭功能化复合材料对CIP的去除率高于纯生物炭的吸附去除率与TiO2的光催化降解率之和，实现了银杏果壳生物炭的吸附与TiO2光催化降解的协同作用。B，In共掺杂能显著改善TiO2表面形态，增加活性氧物种的数量，所制备的TiO2催化剂均为锐钛矿；填隙B离子的B2p与O2p轨道杂化形成混合价带，部分In取代TiO2晶格中的Ti，形成Ti-O-In结构，使带隙变窄，光催化活性增强。生物炭与TiO2间通过Ti-C键实现有效结合，这样提高了TiO2的分散性，缩短了光生载流子迁移到TiO2表面的时间，降低了电子-空穴对复合的几率。TiO2/生物炭功能化复合材料通过局域吸附-富集作用和TiO2光催化降解反应降解CIP的，该过程活性物质的贡献主要来自?O2-和?OH。本研究为深度处理水体中典型的抗生素提供新型、环保的材料。