基于紫外LED阵列光催化降解抗生素的研究

摘要：

抗生素的大量使用对生态环境造成巨大的影响,光催化技术具有操作简单且无二次污染等特点被广泛应用于污染物的降解.在光催化降解抗生素过程中,光源对其降解效率至关重要,与传统的汞灯催化光源相比,紫外LED技术具有更高的能源效率及更低的功耗,使光催化工艺发生了巨大的变化.首先建立基于紫外LED阵列的光催化平台,采用光栅光谱仪和紫外照度计对LED阵列光源光谱特性及装置内光场分布进行测量分析.结果显示紫外LED光源波长介于265～295 nm之间,其主波长为275 nm ,由于光场叠加效果,光照强度随着装置径向位置距离的增大而明显增大,装置轴向位置光照强度分布较为均匀;其次通过三维超景深显微镜、 U V‐Vis光谱测量技术对P25型光催化剂的粒子结构进行表征分析,同时使用半导体求导公式对TiO2 粉末进行禁带分析,结果显示TiO2 为球形,由于空气中相对湿度过大,水在 TiO2 微粒表面的润湿性加强了微粒间的粘附力,因此有团聚现象产生,其禁带宽度为3·1 eV ;最后以紫外LED阵列和高压汞灯为催化光源,P25型TiO2 为催化剂分别对甲基橙、磺胺类抗生素进行光催化降解,使用紫外‐可见光分光光度计测量降解过程中的吸收光谱曲线,进而对抗生素降解率进行分析.结果表明,甲基橙和磺胺二甲嘧啶在紫外LED阵列为光源条件下均能够被降解,分别经过160和240 min的催化降解过程后,降解率分别达到70% 和36%,符合一级动力学方程,经计算LED阵列光源与汞灯对甲基橙的降解动力学常数分别为－0·007 5和－0·113 5 min－1 ,对磺胺二甲嘧啶的降解动力学常数分别为 －0·001 9和 －0·019 4 min－1 .因此对甲基橙和磺胺二甲嘧啶进行降解时,汞灯降解速率高于紫外LED阵列;由于紫外LED阵列和汞灯系统在催化降解污染物过程中功率和其与反应器中轴线距离不同,对两种光源的抗生素降解效率建立评价方法,即对紫外LED和汞灯以单位功率为标准进行距离降解效率分析,对于甲基橙,汞灯在单位功率下的距离降解效率高于紫外LED ,但对于抗生素,紫外LED阵列的距离降解效率明显高于汞灯.依据以上各类光谱分析和应用结果,紫外LED阵列是一种有竞争力的光催化应用替代光源,此技术的广泛应用为抗生素的降解提供新途径.

关键词：紫外LED阵列、光催化、抗生素、光谱

所属期刊栏目：39

分类号：O433.4(光学)

资助基金：国家自然科学基金项目;广东大学生科技创新培育专项资金项目;广州市科技计划项目

在线出版日期：2020-01-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：2894-2900