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随着药物和个人护理品(Pharmaceuticals and personal care products，PPCPs)的大量使用，其在环境中被检测出来的频率越来越高。环境中PPCPs会对水生生物产生毒害作用，并且存在潜在的风险通过食物链来对人体健康造成危害。光催化高级氧化是一种反应条件温和并且能够利用太阳光的高级氧化技术(Advanced oxidation processes，AOPs)，受到研究者们关注。开发安全、高效、性能稳定的光催化剂，是光催化技术能够被大规模应用的前提和关键。CdS是一种带隙只有2.4eV的半导体，能够对可见光响应，但CdS的光化学性质不稳定，在光照下会被自身价带上产生空穴氧化腐蚀。TiO2是一种廉价、绿色、稳定光催化剂，但3.2eV的带隙意味着只能被占太阳光谱4%的紫外光谱激发。利用两种半导体构建异质结形成复合光催化剂是提高催化剂活性的有效途径。因此，本研究通过合理设计获得了具有较高光催化活性和稳定性复合光催化剂。主要结论如下：
本研究首先以水热法制备了CdS/TiO2复合光催化剂。CdS和TiO2复合形成Ⅱ型异质结，强化光生载流子的空间分离，提高光催化剂活性。可见光照射180min，CdS和TiO2摩尔比为1:2的复合光催化剂对布洛芬降解效率达73.61%。空穴、超氧根自由基、羟基自由基在CdS/TiO2光催化降解布洛芬过程中发挥作用。CdS/TiO2光催化活性增强的主要原因为对400~520nm范围内可见光具有更好的光吸收性能和Ⅱ型异质结的形成促进了光生载流子的分离。
为进一步提高CdS/TiO2复合光催化剂的催化活性和回收性能，在其异质结界面处引入Fe3O4粒子，通过共沉淀法和水热法制备了CdS/Fe3O4/TiO2复合光催化剂。CdS/Fe3O4/TiO2复合光催化剂具有优异的长波长光吸收能力和快速的电子分离转移。Fe3O4作为磁性中心使复合光催化剂能够在反应之后很容易通过磁分离收集。Fe3O4作为电子介体促进了Z型异质结的形成，使光生载流子保持了相对较高的氧化还原能力。当光催化剂投加量为1g/L，布洛芬初始浓度为10mg/L，CdS和TiO2摩尔比为1:2时，可见光照射180min复合光催化剂对布洛芬降解效率高达94.16%，反应速率常数明显高于CdS和CdS/TiO2。空穴和羟基自由基在CdS/TiO2光催化降解布洛芬过程中发挥作用。Z型电子传输机制转移了CdS价带上空穴，减轻了CdS光腐蚀，因此复合光催化剂具有良好的稳定性，经过5次回收利用后仍能到达65.53%。
综上，本研究通过较为简单的合成方法，以可见光响应强的CdS为核心组分，构建了一种新型的Z型磁性复合光催化剂用于在可见光下降解水中的PPCPs。
本研究首先以水热法制备了CdS/TiO2复合光催化剂。CdS和TiO2复合形成Ⅱ型异质结，强化光生载流子的空间分离，提高光催化剂活性。可见光照射180min，CdS和TiO2摩尔比为1:2的复合光催化剂对布洛芬降解效率达73.61%。空穴、超氧根自由基、羟基自由基在CdS/TiO2光催化降解布洛芬过程中发挥作用。CdS/TiO2光催化活性增强的主要原因为对400~520nm范围内可见光具有更好的光吸收性能和Ⅱ型异质结的形成促进了光生载流子的分离。
为进一步提高CdS/TiO2复合光催化剂的催化活性和回收性能，在其异质结界面处引入Fe3O4粒子，通过共沉淀法和水热法制备了CdS/Fe3O4/TiO2复合光催化剂。CdS/Fe3O4/TiO2复合光催化剂具有优异的长波长光吸收能力和快速的电子分离转移。Fe3O4作为磁性中心使复合光催化剂能够在反应之后很容易通过磁分离收集。Fe3O4作为电子介体促进了Z型异质结的形成，使光生载流子保持了相对较高的氧化还原能力。当光催化剂投加量为1g/L，布洛芬初始浓度为10mg/L，CdS和TiO2摩尔比为1:2时，可见光照射180min复合光催化剂对布洛芬降解效率高达94.16%，反应速率常数明显高于CdS和CdS/TiO2。空穴和羟基自由基在CdS/TiO2光催化降解布洛芬过程中发挥作用。Z型电子传输机制转移了CdS价带上空穴，减轻了CdS光腐蚀，因此复合光催化剂具有良好的稳定性，经过5次回收利用后仍能到达65.53%。
综上，本研究通过较为简单的合成方法，以可见光响应强的CdS为核心组分，构建了一种新型的Z型磁性复合光催化剂用于在可见光下降解水中的PPCPs。