表/界面调控增强石墨相氮化碳基光催化剂降解水中有机污染物性能的研究

来源 :南京理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:backbone09
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
光催化技术能实现太阳能与化学能之间的高效转化,是防治水环境污染的有效手段。近年来,以石墨相氮化碳(Graphitic Carbon Nitride,g-C3N4)为代表的可见光催化剂因其制备简单、前驱体储量丰富、稳定性高等优点,已被广泛研究。如何改善g-C3N4的载流子分离效率、光吸收阈值、表面活性位点分布以获得更高效的可见光催化剂,提高其在可见光催化领域的应用,仍是有待解决的技术难题。本文通过对g-C3N4进行表/界面调控,优化其光催化反应过程,提高光催化反应活性,获得了三种基于g-C3N4的改性可见光催化剂,分别为碳氧共修饰石墨相氮化碳(简称C,O-g-C3N4)、硫化钴负载石墨相氮化碳(简称Co9S8/g-C3N4)以及改性硫化铋负载石墨相氮化碳(简称FGBS/g-C3N4),进一步将所得催化剂用于可见光催化降解水环境中有机污染物——双酚A(Bisphenol A,BPA)和2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-Dichlorophenoxyacetic acid,2,4-D),探究其催化活性和反应过程。首先,本论文基于杂原子掺杂调控表面形貌和电子能带结构的原理,以简单易得的丙二酸和尿素作为前驱体,通过热缩聚过程制得了C,O-g-C3N4催化剂,并将其用于可见光催化降解BPA。表征结果表明,C,O-g-C3N4的光吸收阈值相较于体相g-C3N4(425 nm)红移至700 nm。此外,C,O-g-C3N4的表面结构破碎化,能暴露更多反应活性位点,促进载流子迁移和分离;碳和氧双掺杂调节了g-C3N4的电子能带结构,使其价带更正,光催化降解BPA反应体系中同时存在具有强氧化能力的超氧自由基和羟基自由基。经表面形貌优化和能带结构调整后的1%C,O-g-C3N4(丙二酸占尿素的质量比为1%),在2.5 h内光催化降解15 mg/L BPA的效率达100%,且催化剂多次重复使用后活性无明显下降。其次,鉴于界面化学键可诱导载流子迁移的特性,利用过渡金属硫化物——Co9S8作为负载物,通过原位生长法制备了Co9S8/g-C3N4催化剂。所得Co9S8/g-C3N4界面间以Co-Nx键作为电子介质诱导电子迁移,并形成Z型异质结结构,促进了光生载流子的分离;载流子的有效迁移增强了电子和空穴的氧化还原利用效率;界面作用和同时氧化还原作用提升了催化剂协同氧化2,4-D和还原Cr(VI)效率。此外,15%Co9S8/g-C3N4(Co9S8占g-C3N4质量比约为15%)在五次循环再利用的过程中表现出了优异的催化和结构稳定性。最后,利用界面官能团辅助调控内建电场,以部分g-C3N4作为牺牲剂制备了含丰富的界面官能团(-COOH,N-(C)3,C-N-H)的FGBS/g-C3N4 p-n异质结。界面官能团调控了FGBS/g-C3N4 p-n异质结间的空间电荷区宽度,进而改善了异质结间的内建电场,从而提高光生载流子迁移和分离效率。此外,官能团干预体相Bi2S3的结晶过程,形成中空微球形貌,提高了其可见光吸收能力;与此同时,官能团还修饰体相Bi2S3的电子能带结构,使其易于生成强氧化性的超氧自由基。2FGBS/g-C3N4(FGBS占g-C3N4的质量比约为24%)相较于常规的2Bi2S3/g-C3N4表现出更高的光催化活性,4 h对15 mg/L BPA的光催化降解效率达70%。五次循环试验后,2FGBS/g-C3N4的光催化活性和物化结构几乎保持不变,说明该催化剂具有可重复利用的潜力。
其他文献
学位
金属-陶瓷复合材料因具有高强韧和低密度的优点,已被广泛应用于装甲防护领域,但由于金属和陶瓷材料物理化学性质的不同,导致二者连接较为困难。本文采用液态成型技术,将熔融态7A52铝合金金属液注入装有Al2O3陶瓷的模具中,冷却后直接形成7A52/Al2O3复合材料,进行7A52/Al2O3连接工艺研究。基于液态成型的7A52/Al2O3直接连接主要依靠7A52金属液在Al2O3表面的自由铺展。7A52
随着文化消费升级和新媒体发展,我国图书出版行业市场规模不断扩大,特别是在习近平“一带一路”战略指导下,中外文化交流频繁和多语种图书的销售增量明显。针对多语种图书出版单位现有市场统计方式落后、技术手段不足的问题,本文对多语种图书出版市场决策分析平台设计和实现问题进行了研究,论文开展的主要工作如下:(1)基于系统性、典型性、动态性、简明科学性、可操作性、可量化和综合性原则,建立了多语种图书分析的评估处
伤口敷料是用于覆盖溃疡、伤口或其他损伤的材料。随着医学不断发展,传统的伤口敷料因存在易引起组织粘连、细菌感染、功能单一等不足,已经不能满足临床需求。自愈合水凝胶敷料是近年发展起来的新型伤口敷料,具有湿润性、生物相容性好、创面渗出液吸收能力强、与创面组织粘附性低等优点。在水凝胶中负载一定的药物,可以提升水凝胶敷料在抗菌方面的能力。本文旨在制备一种可生物降解的医用自愈合水凝胶敷料,用于药物传递及伤口愈
学位
针对全球范围内水污染问题不断加重及工业传统水处理方式存在的二次污染等问题,迫切需要发展污水处理的新技术与新材料。近年来,纳米多孔金属材料的发展为污水处理催化剂提供了新的可能,其大的比表面积、提供更多的活性位点使其在水处理方向具有独到的优势,不仅可以作为新型芬顿试剂,还可应用于光催化技术来降解废水中的有机污染物。本文采用脱合金法制备了纳米多孔铜,以期其作为高级氧化工艺的新型非均相芬顿剂。并分别通过热
关节软骨是一种致密但高度水合的承重结缔组织,覆盖在滑膜关节中长骨的表面,充当缓冲垫来吸收震动,并且允许骨骼以接近无摩擦的形式进行相对滑动。但是成熟的软骨组织不含有血管和营养物质,在受到损伤之后无法进行自我修复。传统的软骨修复方式存在较大的局限性,并不能恢复天然组织的生物学完整性及其功能,且可能导致进一步的并发症。水凝胶被认为是目前最有前景的仿生关节软骨替代物,是以水为溶胀剂制备的具有三维网状结构的
目前,在工业生产中使用人工来搬运工件,存在着劳动力成本高、生产效率低和自动化程度低等问题。随着机器视觉技术和机器人技术的飞速发展,使用视觉机器人代替人工来完成棒料的搬运,可以加速工业生产的智能化改造。本文以三环汽车方向机有限公司的摇臂轴锻造生产线棒料搬运为背景,设计了一种基于机器视觉的棒料搬运系统。本文设计的以视觉系统为引导的机器人棒料搬运系统的主要内容如下:对于整体搬运系统分析,分别设计了基于结
超级电容器作为新型储能装置备受关注,但能量密度较低是其商业化应用亟需解决的问题。先进高能量密度超级电容器的设计,要求电极材料具备高比表面积的多级纳米孔道结构,以促进电解质离子吸附存储和扩散传输。近年来,由于成本低廉、来源广、可持续再生性和环境友好性等优势,各种生物质及其衍生物作为前驱体,向多孔碳材料的转化被广泛的研究。本文以羧甲基纤维素钠(CMC)为前体材料,探究了新型冰模板多孔碳制备工艺,得到C
学位