二硫化鉬的制備及光催化降解鹽酸四環(huán)素的研究*

2022-12-01 13:08:32華穎欣李瑋桐郭釋聰

廣州化工 2022年20期

華穎欣，趙佩，李瑋桐，郭釋聰，江瑩

(武漢文理學院，湖北武漢 430345)

四環(huán)素類抗生素是一類廣譜抗生素[1]，畜牧業(yè)使用最為廣泛，主要應用于動物感染性疾病的預防和治療，釋放出的抗生素會對環(huán)境造成壓力[2]。納米二硫化鉬(MoS2)材料因其優(yōu)越的比表面積、高催化活性、穩(wěn)定性等，成為光催化領域的重要材料。納米MoS2可以利用可見光對鹽酸四環(huán)素進行有效降解[3]，以一種簡單高效的方法制備納米MoS2，同時優(yōu)化光催化降解鹽酸四環(huán)素的條件，為四環(huán)素類廢水提供一種節(jié)能高效的處理方式。

1 實驗

1.1 試劑與儀器

試劑：鹽酸四環(huán)素(USP)，阿拉丁生化科技有限公司；五水合硫代硫酸鈉(AR)，國藥集團化學試劑有限公司；四水合鉬酸銨(AR)，國藥集團化學試劑有限公司；無水乙醇(AR級)，天津市優(yōu)譜化學試劑有限公司。

儀器：分析天平，上海菁海儀器有限公司；KQ-250超聲波清洗機，昆山市超聲儀器有限公司；SX-4-10馬弗爐，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；DZF-6050電熱真空干燥箱，常州諾基儀器有限公司；H1650離心機，長沙湘儀離心機儀器有限公司；UV-2600紫外可見分光光度計，島津儀器有限公司；1000 W碘鎢燈，上海季光特種照明電器廠。

1.2 納米二硫化鉬材的制備

取0.1500 g鉬酸銨和0.3000 g硫代硫酸鈉于15 mL去離子水中混合，在超聲機中混合均勻后，轉移至高壓反應釜中，220 ℃反應24 h，冷卻至室溫，離心分離產物，分別用去離子水和無水乙醇各離心洗滌3次，將洗滌好的沉淀物放入60 ℃的烘箱中烘干得到納米二硫化鉬材料。

1.3 光催化降解實驗

對光催化降解進行單因素控制實驗，對MoS2投加量、廢水初始溶度、廢水pH、反應時間反應條件進行探究。鹽酸四環(huán)素在波長為360 nm處有較高的吸收峰，根據Lamber-Beer定律，使用UV-2600紫外分光光度計測定原始四環(huán)素溶液吸光度為A1。光催化降解后，測定四環(huán)素溶液上清液吸光度為A2，降解率計算如公式(1)[4]。

(1)

1.4 材料表征

采用UV-2600型的紫外可見分光光度計對樣品進行光吸收性能測定。利用SEM來觀察樣品的具體形貌，利用XRD觀察樣品衍射峰分析其結構和形態(tài)[5]。

2 結果與討論

2.1 紫外可見吸收光譜分析

由圖1可以看出，MoS2樣品在280～380 nm(紫外光)以及480～600 nm(可見光)處均出現了較高的峰值，在700～800 nm處也有峰值出現，表明樣品在紫外和可見均具有較強的吸收能力，且在全波段都具有一定吸收性能。

圖1 納米MoS2的紫外吸收光譜

2.2 XRD圖譜分析

從圖2樣品的XRD圖譜可知，樣品均在 14.1°、33.2°、39.4°、58.2°處出現了衍射峰，分別對應 2H-MoS2的 (002)、(100)、(103)和(110)晶面衍射峰，這與硫化鉬標準卡片(PDF#37-1492)相吻合[6]，說表明該樣品為目標產物MoS2。

圖2 納米MoS2XRD圖譜

2.3 SEM圖像分析

對樣品進行SEM分析，結果如圖3所示。

圖3 納米MoS2 SEM圖譜

從圖3可以看出，MoS2納米材料是由許多不規(guī)則的片狀組成，這些片狀的物質不斷堆積團聚形成塊狀，長度約為800 nm。

2.4 光催化降解性能

(1)納米MoS2投加量對降解率的影響

由圖4可知，廢水降解率隨MoS2投加量增加先上升再下降，MoS2投加量較少時，降解率較低；MoS2投加量過多導致納米材料含量過高，難以沉降。投加量為0.002 g/L時，降解率最高可達到89.52%。

圖4 納米MoS2投加量對降解率的影響

(2)廢水濃度對降解率的影響

由圖5可知，隨著廢水濃度增加，降解率總體呈現出下降的趨勢，16 mg/L至20 mg/L下降幅度最為明顯，廢水濃度的增加，水體中·OH的生成量相對不足，有機物與自由基碰撞幾率減小，降解率降低。

圖5 廢水濃度對降解率的影響

(3)廢水pH對降解率的影響

由圖6可以看出，其他條件相同時，不同pH條件下降解率不同，降解率會隨著pH的增大而降低。當pH為3～7時，反應30 min降解率均高于50.0%；當pH為9時，反應30 min廢水降解率僅有33.47%。說明比起堿性環(huán)境，在酸性和中性的廢水條件下MoS2材料對四環(huán)素降解率更高，最適pH為5。