环糊精修饰MoS2/g-C3N4复合光催化剂的构建及对草甘膦的降解性能研究

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草甘膦(即N-(膦酰基甲基)甘氨酸)在提高粮食产量,抑制杂草生长的过程中发挥着重要作用,然而其在农业上的大量使用,会对人类健康构成威胁。而光催化法以其成本低、环境友好、操作简单等优点成为去除污染物最有前途的技术之一。其中,g-C3N4由于具有合适的带隙宽度(~2.7eV),较高的理化稳定性和易于合成等优势而被广泛应用。然而g-C3N4存在可见光吸收不足,比表面积较低,电子空穴易复合等缺点。解决这些缺点,使用MoS2与g-C3N4进行复合,由于MoS2具有吸收近红外光的潜力,然而制备出的MoS2/g-C3N4具有活性位点较少的问题。因此,采用环糊精来对MoS2与g-C3N4进行改性,进而对草甘膦进行去除,结果如下:(1)构建了β-环糊精(β-CD)作为氧源掺杂g-C3N4(O-C3N4)再与MoS2复合,制备出夹层的复合光催化剂,提高g-C3N4的光谱吸收范围、抑制光生电子空穴的复合,用于草甘膦的高效光降解。同时使用一系列表征技术对所制备的光催化剂的结构形态、光学性能、光电化学性能进行了表征。与原始的g-C3N4相比,复合光催化剂的平均荧光寿命由6.67 ns延长到7.30 ns,表明复合光催化剂增强了对可见光的吸收,同时抑制了电子空穴的复合。在模拟太阳光照射下,MoS2在复合光催化剂中的质量分数为5%时,对草甘膦的去除效率最高,几乎是纯g-C3N4的2倍。自由基实验表明·O2-是光降解过程中的主要活性物质。草甘膦经光降解后对植物的毒性明显降低。(2)环糊精(CDs)具有外部亲水,内部疏水的空腔结构,可以与小分子物质形成主客结构,使用γ-环糊精(γ-CD)接枝到g-C3N4和MoS2的表面,维持CDs的空腔结构并探究最优的复合方式,采用不同的复合顺序制备出的光催化剂标记为MoS2/γ-CD/g-C3N4、γ-CD/MoS2/g-C3N4和g-C3N4/γ-CD/MoS2。通过XRD、TFIR、SEM、UV-Vis、PL等表征手段对制备的光催化剂进行了表征。结果表明,MoS2/γ-CD/g-C3N4和g-C3N4/γ-CD/MoS2的光谱吸收范围较宽,这是由于γ-CD阻碍了光生电子在g-C3N4和MoS2界面之间的转移,而MoS2首先与g-C3N4复合,然后使用γ-CD接枝到MoS2/g-C3N4表面,对草甘膦的去除率最高。(3)制备不同种类的CDs通过硅烷交联剂(KH560)接枝到MoS2纳米花/碱基化g-C3N4(MoS2/g-C3N4),探讨了α-CD、β-CD和γ-CD在MoS2/g-C3N4表面接枝的差异进而分析CDs的作用克服了制备出的光催化剂活性中心较少,性能较差的问题。结果表明,使用CDs接枝到MoS2/g-C3N4表面对草甘膦和Cr(VI)的去除率均高于MoS2/g-C3N4。同时,γ-CD在MoS2/g-C3N4表面的接枝量最高,对草甘膦和Cr(VI)的去除效率最高,尽管光谱吸收范围窄于MoS2/g-C3N4且比表面积较小,可能是由于γ-CD具有最高的溶解度、最多的-OH基团和最大的空腔体积,从而可以提高接枝量和接触草甘膦和Cr(VI)的机会。
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