F/Cu-TiO2纳米管光电催化法处理水中头孢他啶的试验研究
摘要
随着人口增长、社会的进步，抗生素的使用量不断增加，使得治理抗生素废水成为
一个全球性挑战。抗生素是一类广泛应用于医药和农业领域的化学物质，它们能够杀死
或抑制病原体的生长和繁殖，从而预防或治疗疾病。由于抗生素的抗菌活性很强，即使
在极低浓度下也能对微生物产生杀灭或抑制作用，这些残留物会对环境造成危害，极大
地影响了水环境的生态平衡。因此，本课题通过探究改性TiO2纳米管电极的最优制备条
件并将其应用到光电催化技术当中，以期望能够在传统工艺的基础上进行升级改造。
本文的主要研究内容包括F/Cu-TiO2纳米管的制备和其应用在光电催化时的降解头
孢他啶的效能分析及机理分析。试验以钛板作为基底，采用阳极氧化法在基底上制备出
F/Cu-TiO纳米管，研究了阳极氧化时间、阳极氧化电压、电解液HF浓度、Cu(NO)浓
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度对纳米管催化剂性能的影响。选取代表性区间的因素设计正交试验，分析影响因素之
间的交互作用，得出了最佳制备条件。通过SEM、EDS以及XRD对最佳参数制备出的
F/Cu-TiO2纳米管进行了表征分析，证实了F元素和Cu元素的掺杂、改性成功。
将在最优制备条件下制备成功的TiO2纳米管阳极板应用到降解头孢他啶当中，探
究光电催化降解效率的单因素对降解效果的影响，并通过正交试验分析得出最优的反应
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工况。在pH值6、电解质浓度1.5g/L、电流密度0.6250mA/cm、目标物初始浓度10mg/L、
极板间距2cm时，头孢他啶降解效率最高为93.65%。重复利用极板10次观察其重复利
用性，降解效率趋于稳定，多次重复利用仍有较好的光电催化性能，证明纳米管电极具
有良好的重复使用性。
对光电催化降解头孢他啶进行机理探究，通过分析降解头孢他啶反应动力学得出结
论，试验更符合一级反应动力学。通过自由基捕获试验找出了在体系中发挥作用的活性
-+
基团并探究基团在体系反应中起到贡献的程度，·O2、h、·OH的作用顺序依次递减。
探究改性极板的光电催化机理，分析其禁带宽度、导带位置、价带位置，且通过比对不
同方式下对头孢他啶降解率的影响，证明其具有较好的光电催化活性。
试验结果能够为实际处理抗生素的废水提供理论依据和技术基础，并为光电催化技
术有效地解决抗生素废水处理提供新思路，对缓解抗生素废水所带来的负面影响具有重
要的意义。
关键词：光电催化；TiO2纳米管；抗生素废水；头孢他啶
F/Cu-TiO2纳米管光电催化法处理水中头孢他啶的试验研究
ABSTRACT
Withpopulationgrowthandsocialprogress,theuseofantibioticsisincreasing,which
makesthetreatmentofantibioticwastewateraglobalchallenge.Antibioticsareaclassof
chemicalswidelyusedinmedicineandagriculturethatpreventortreatdiseasebykillingor
inhibitingthegrowthandreproductionofpathogens.Duetothestrongantibacterialactivityof
antibiotics,theycankillorinhibitmicroorganismse