摘要

社会经济的快速发展以及工农业规模的不断扩大对人类的生存环境造成了极大的污染,其中尤其是工业废水的排放造成的水资源污染问题越来越严重,已成为当下人类必须面对和急需解决的问题,因此寻求简单高效、经济且环境友好的方法来降解有机污染物成为环境治理领域的当务之急。通过光催化剂催化降解有机污染物的光催化降解技术是近年来快速发展起来的处理环境污染的新兴技术。TiO2和ZnO由于具有良好的光电性、化学性能稳定和生物相容性好等优点,且能在一定波长光的激发下产生活性自由基从而达到降解环境中污染物和杀灭细菌的目的,在处理废水中的有机物质和微生物抗菌领域中应用广泛。然而它们在实际的应用过程中仍然存在以下缺陷:1)由于禁带宽度较大从而对可见光基本没有响应;2)TiO2和ZnO纳米颗粒较小,容易发生团聚以及很难回收,造成二次污染。文献调研中我们发现可以通过对TiO2和ZnO进行适当的改性来克服上述缺陷:通过掺杂重金属或稀土金属来增强其对可见光的响应性;将它们负载于多孔材料中可以提高其回收及重复利用率。介孔分子筛SBA-15作为一种经典的介孔材料,具有长程有序的介孔孔道结构,研究发现其能更加有效地负载光催化材料。综上所述,本文以水热合成的介孔分子筛SBA-15为载体,通过室温光照过程掺杂重金属Ag纳米粒子对负载型TiO2和ZnO进行修饰改性,合成了具有良好光催化性能和抗菌性能的有序介孔Ag/ZnO/SBA-15和Ag/TiO2/SBA-15复合材料。本论文主要包括三部分内容:第一部分主要研究了有序介孔分子筛SBA-15的合成及表征。本文采用了有机-无机二元自组装的方法合成了有序介孔SBA-15,考察了水热温度和搅拌速度对SBA-15介观结构的影响。通过XRD、TEM、N2吸附脱附对合成的SBA-15进行结构表征。结果显示合成的样品均具有典型的二维六方介孔结构,且当水热温度为130℃、合成搅拌速度为550rpm时合成的SBA-15具有超高的比表面积(533m2/g)、较大的孔径(12nm)和孔容(1.2cm3/g)。第二部分主要介绍了有序介孔复合材料Ag/ZnO/SBA-15、Ag/TiO2/SBA-15的合成及表征。通过浸渍-焙烧法和化学沉淀法成功地将ZnO纳米颗粒负载在SBA-15上合成了ZnO/SBA-15,然后通过浸渍-焙烧法将TiO2纳米颗粒负载在SBA-15上合成了TiO2/SBA-15,进一步在室温光照下采用银氨络离子还原掺杂Ag纳米粒制备得到有序介孔Ag/ZnO/SBA-15、Ag/TiO2/SBA-15。通过XRD、TEM、EDS和UV-vis对合成的Ag/ZnO/SBA-15、Ag/TiO2/SBA-15进行了结构表征,结果说明Ag、ZnO、TiO2负载后的复合材料仍然保持典型的二维六方介孔结构。一方面SBA-15展示出较好的热稳定性,另一方面介观有序性的降低和EDS元素分析同时也证实我们成功地合成了有序介孔Ag/ZnO/SBA-15、Ag/TiO2/SBA-15纳米复合材料。第三部分主要研究了合成的样品在高压汞灯照射下光催化降解有机染料罗丹明B的光催化性能及其相关机理的探讨,并初步研究了其抗菌性能。结果表明:1,以六水合硝酸锌为前驱体、焙烧温度为350℃、Ag和ZnO负载量均为20%、溶液pH为7时合成的样品具有较强的光催化活性,30min时光降解率高达95.38%,通过猝灭剂实验发现电子(e-)和羟基自由基(×OH)是Ag/ZnO/SBA-15光催化反应过程中的主要活性成分;2,以钛酸四丁酯为前驱体、焙烧温度为650℃、Ag和TiO2负载量均为20%时合成的样品具有优异的光催化性能,30min时光催化降解率高达99.91%,在猝灭剂实验中发现电子(e-)、空穴(h+)是Ag/TiO2/SBA-15光催化反应中的主要活性成分。此外我们通过测定Ag/ZnO/SBA-15、Ag/TiO2/SBA-15对细菌的MIC、MBC以及抑菌圈来考察样品的抗菌性能,结果表明Ag/ZnO/SBA-15、Ag/TiO2/SBA-15对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌具有较强的抗菌作用,其MIC分别为1μg/m L、4μg/mL。研究表明我们合成的有序介孔Ag/ZnO/SBA-15、Ag/TiO2/SBA-15纳米复合材料具有良好的光催化和抗菌性能,将有望在环境污染治理领域得到广泛的应用。