【核心研究背景】
在工业化和城市化的进程中，越来越多的难降解、成分复杂、毒性高的有机废水被排放到水体环境中，对生态环境和人类健康构成潜在风险。光催化及其耦合技术因其温和、高效的特点在污水处理方面具有广阔的前景。然而传统的光催化纳米颗粒存在难回收、易造成二次污染物的问题限制了其实际应用。
光催化耦合技术是将光催化技术与电催化、臭氧化、芬顿反应、过硫酸盐氧化等高级氧化技术耦合，从而显著提高对污染物的降解和矿化率的技术。
【催化剂的制备与关键表征】
本篇优秀学位论文通过混合煅烧法制成了MoS2@TCN光催化纳米颗粒，以水性聚氨酯（WPU）为粘合剂将其负载在空心球载体表面制成MoS2@TCN-S，当v(WPU):v(去离子水):m(MoS2@TCN)=1:5:720时所制备的MoS2@TCN-S3具有最佳降解性能，并保留了光催化纳米颗粒的形貌、光电特性以及Z型异质结构。
【不同氧化体系降解效能及稳定性】
以四环素（TC）为目标污染物，构建了光-芬顿及光催化耦合过氧单硫酸盐（PMS）两种氧化体系，考察MoS2@TCN-S在不同氧化体系中降解TC的效能及稳定性，并对其降解机制进行了深入探究，并从干扰离子影响分析实际废水处理能力、自然光响应等方面测试了两种体系的实际应用潜力。
首先，在pH=7时基于MoS2@TCN-S3的光催化氧化（PO）体系在120 min内对TC的降解率达到78.1%，循环使用15次后性能仅下降4.5%。为了提高降解效率，在PO体系中加入H2O2构建了无铁光芬顿（IF-PF）体系，H2O2在不同活性物种的作用下被激活生成大量的•O2-和•OH，使体系的降解性能有效提升，pH=7时在120 min内的TC降解率达到91.9%，循环使用15次后性能下降11.5%，并能在3~7的pH范围内运行，其次，IF-PF(MoS2@TCN-S3)体系表现出良好的实际应用潜力，在自然光下的TC降解率最高可达到74.4%，240 min后对生活污水初沉池出水和二沉池出水的COD去除率分别为52.3%和48.5%。
为了进一步提升体系的降解性能，拓宽pH的适用范围，构建了光催化耦合PMS（PO-PMS）体系，在pH=7时在120 min内可去除94.3%的TC，PO-PMS(MoS2@TCN-S3)体系具有广泛的pH（3~9）适应性：碱性条件能够促进PMS活化生成1O2，并加速ROS向强氧化性的•OH的转化；酸性和中性条件下•O2-对PMS的激活以及光生e-和h+参与度提高使体系保持高效的降解性能。PO-PMS(MoS2@TCN-S3)体系15次循环后的TC降解率仅下降不到5%，生活污水初沉池出水和二沉池出水的COD去除率分别为64.6%和58.7%，在自然光下的TC降解率维持在80%左右，比IF-PF体系具有更强的实际应用潜力。
【图文速览】
图1 所制备催化剂的微观形貌
图2 IF-PF(MoS2@TCN-S3)体系的光催化降解机理
图3 催化剂在不同体系下的降解性能以及PO、IF-PF、PO-PMS体系中循环性能
图4 PO-PMS(MoS2@TCN-S3)体系的光催化降解机理
图5 干扰离子对IF-PF、PO-PMS体系降解TC的影响
图6 不同体系降解实际废水的COD去除率
【研究结论】
本篇优秀学位论文先是采用浸渍法制备了MoS2@TCN-S负载型催化剂，探究了其TC降解性能；然后将其与H2O2/PMS组建成两种光催化耦合体系，研究了两体系的光催化性能、稳定性、污染物降解机制和实际应用潜力。
