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金属硫化物/WO3/g−C3N4双Z型异质结宽光谱降解废水中雌激素的性能与机制研究
结题报告
批准号:
51808215
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
吴志斌
依托单位:
学科分类:
E1002.城市污水处理与资源化
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
肖智华、张国林、孙峰、黄致君、孙铭鸿、谭晓瑶、彭丹丽
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中文摘要
雌激素是一类具有破坏生物机体稳定和调控作用的内分泌干扰物,因此寻求高效的雌激素去除方法是水处理领域的研究焦点。基于太阳能利用的光催化技术是实现水环境中雌激素降解的有效途径,其关键在于设计能被长波光激发的、高量子效率的半导体光催化体系。本项目拟优化与控制合成基于Z体系的金属硫化物/WO3/g−C3N4复合光催化剂,研究三种半导体的界面结构、组成、性质与调控机制,明确半导体长波光催化活性中心,揭示影响不同半导体间光生载流子传递的本质规律。探究光催化剂对雌激素的固液分配、宽光谱光催化降解的影响因素及光催化剂的稳定性。模拟与计算雌激素分子和过渡产物的前沿分子轨道能量及成键电子云密度、结合中间产物的追踪、光生载流子的转移及反应活性自由基的捕获,洞悉雌激素在光催化剂表面降解的反应机制。本项目有望丰富光催化体系设计理论和光催化反应特征,为雌激素污染废水与水环境修复提供理论依据与实践方法。
英文摘要
Estrogen is a kind of endocrine disruptors that have the function of destroying the stability and regulation of living organisms. Therefore, the research and development of efficient technology for estrogen removal is the focus in the field of water treatment. The photocatalysis is an effective way based on solar energy utilization for estrogen degradation. In this technology, the design of photocatalysts that can be excited by long−wave light with high−quantum−efficiency is one of the key factors. Here, the present project is planned to optimize and control the synthesis of Z−based photocatalytic system of sulfides/WO3/g−C3N4 composite and characterize the interface structure, composition, properties and regulatory mechanisms of the three semiconductors. The active center of the semiconductor photoexcitation by long−wavelength light and the essential laws that affect the photogenerated carrier transport between different semiconductors are clasfied. Further, we aim to explore comprehensively the photocatalyst properties for the removal of estrogen, involving in adsorption behavior, photocatalytic activity and stability. Meanwhile, combining with the transfer and capture of photogenerated carriers and the free radicals, the orbital energy data and electrons density of estrogen molecule and intermediate products, the degradation intermediates and transient processes will also be investigated for discerning the estrogen degradation mechanism on the surface of photocatalyst. In a word, This project is expected to enrich the design theory of photocatalytic system and the photocatalytic reaction characteristics of semiconductor materials, which provides the theoretical basis and practical method for for estrogen−contaminated wastewater treatment and water environment remediation.
半导体光催化技术在有机物污染水体治理与修复领域具有广阔的应用前景,但其存在光生载流子重组率高和太阳能利用率低等问题。基于提高太阳光催化体系的催化效能,围绕石墨相氮化碳结构和性能的调控,本项目设计合成了双Z型ZnS/WO3/g−C3N4、Sb4O5−xSxCl2/WO3/g−C3N4、Z型石墨烯负载的TiO2/g−C3N4异质结和Fe、Co和O共掺杂的薄层g−C3N4,并将其应用于在模拟太阳光照或过硫酸盐存在条件下水体中雌激素等有机污染物,包括双酚A、四环素、环丙沙星、左氧氟沙星和罗丹明B的催化降解。通过多种现代先进技术表征了材料的微观形貌、杂化组分、能带结构、光吸收性能、载流子迁移转化特征以及自由基的演替特性。研究结果表明,利用g−C3N4与金属硫化物、WO3、TiO2和石墨烯构筑Z型异质结或对其进行杂原子掺杂能有效调节界面电子分布、改善表面孔道结构、提高光吸收利用强度与范围、加快载流子迁移运载速率、增强氧化还原电势以及催化降解雌激素等有机污染物的能力。在优化的条件下,ZnS/WO3/g−C3N4对四环素、左氧氟沙星和罗丹明B的降解效率分别达93.3%,83.8%和99.3%,Sb4O5−xSxCl2/WO3/g−C3N4对四环素的降解效率为83.5%,石墨烯负载TiO2/g−C3N4对四环素、环丙沙星、双酚A和罗丹明B的去除效率分别达83.5%、61.7%、79.5%和98.0%,在过硫酸盐存在下,Fe、Co和O共掺杂的g−C3N4对四环素的降解效率达90.1%。催化降解过程主要受溶液pH、催化剂投加量、污染物初始浓度、氧化剂量、温度、共存离子和微塑料等因素的影响。通过对污染物分子结构优化和计算、自由基检测和降解产物的分析,揭示了不同催化体系降解有机污染物的反应路径和机理。在实际自然光照或过硫酸盐存在下,ZnS/g−C3N4/WO3和Fe、Co和O共掺杂的g−C3N4对河水、生活污水、畜禽废水以及医疗废水中的四环素具有良好的降解效果和循环利用稳定性。本项目实施中,在Chem. Eng. J.,J. Environ. Chem. Eng.,J. Hazard. Mat.等国际权威刊物上发表SCI论文11篇,申请国家发明专利3项,将为新型高效光催化剂的开发及其在环境污染治理方面的应用提供理论依据。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Mechanistic insights into heavy metals affinity in magnetic MnO2@Fe3O4/poly(m-phenylenediamine) core - shell adsorbent
磁性MnO2@Fe3O4/聚间苯二胺核壳吸附剂中重金属亲和力的机理研究
DOI:10.1016/j.ecoenv.2020.110326
发表时间:2020
期刊:Ecotoxicology and Environmental Safety
影响因子:6.8
作者:Xiong Ting;Yuan Xingzhong;Cao Xuyang;Wang Hou;Jiang Longbo;Wu Zhibin;Liu Yue
通讯作者:Liu Yue
Simultaneous removal of Fe(II) and Mn(II) from acid mine wastewater by electro-Fenton process
电芬顿法同时去除酸性矿山废水中的 Fe(II) 和 Mn(II)
DOI:10.1016/j.psep.2020.06.026
发表时间:2020-11-01
期刊:PROCESS SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION
影响因子:7.8
作者:Chai, Youzheng;Qin, Pufeng;Wu, Zhibin
通讯作者:Wu, Zhibin
Highly efficient removal of diclofenac sodium from medical wastewater by Mg/Al layered double hydroxide-poly(m-phenylenediamine) composite
Mg/Al层状双氢氧化物-聚间苯二胺复合材料高效去除医疗废水中的双氯芬酸钠
DOI:10.1016/j.cej.2019.02.069
发表时间:2019
期刊:Chemical Engineering Journal
影响因子:15.1
作者:Xiong Ting;Yuan Xingzhong;Wang Hou;Wu Zhibin;Jiang Longbo;Leng Lijian;Xi Kunfang;Cao Xuyang;Zeng Guangming
通讯作者:Zeng Guangming
MXene Ti 3 C 2 derived Z?scheme photocatalyst of graphene layers anchored TiO 2 /g?C 3 N 4 for visible light photocatalytic degradation of refractory organic pollutants
MXene Ti3C2 衍生的 Z 型石墨烯层锚定 TiO2/g-C3N4 光催化剂,用于可见光光催化降解难降解有机污染物
DOI:10.1016/j.cej.2020.124921
发表时间:2020-08-15
期刊:CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
影响因子:15.1
作者:Wu, Zhibin;Liang, Yunshan;Xiao, Zhihua
通讯作者:Xiao, Zhihua
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.134732
发表时间:2022
期刊:Chemical Engineering Journal
影响因子:15.1
作者:Wu Zhibin;Tong Zhijun;Xie Yuanyuan;Sun Haibo;Gong Xiaomin;Qin Pufeng;Liang Yunshan;Yuan Xingzhong;Zou Dongsheng;Jiang Longbo
通讯作者:Jiang Longbo
钛基Mxene/g-C3N4 异质结可见光催化降解水中雌激素的研究
  • 批准号:
    2019JJ50253
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    吴志斌
  • 依托单位:
国内基金
海外基金