石墨相氮化碳的制备及应用

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石墨相氮化碳(g-C3N4)因其广泛的来源组成,优异的电化学性能及合适的禁带宽度使其具有在电池、光催化、光降解、环保等方面的巨大潜在应用而受到越来越多的关注。g-C3N4含有大量的氨基和嗪环结构以及在酸性条件下表面携带正电荷,因此可以用作重金属及有机污染物的吸附剂来处理工业污染物。g-C3N4的层状结构与TATB层状结构相似,可对TATB晶体生长产生影响。本文以g-C3N4材料为研究对象,对其制备方法及在工业污染物、TATB晶体生长方面的应用进行了探索。论文的主要研究内容如下:(1)以三聚氰胺、氯化锂为原料,通过两步热聚合法制备了多孔石墨相氮化碳。借助XRD、FTIR、XPS、SEM、TEM、BET对样品的成分、形貌、内部结构、比表面积和孔体积进行表征,获得了比表面积为86.7m2/g、平均孔径为7nm、形貌为棒状的多孔石墨相氮化碳(P-g-C3N4)。与简单热聚合法制备的块状结构氮化碳相比,多孔氮化碳比表面积得到了很大的提升。(2)以实验所制备的块体g-C3N4和P-g-C3N4为吸附剂对Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝(MB)进行吸附性能研究。利用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对吸附量进行测试。研究了多孔g-C3N4对Pb(Ⅱ)的吸附动力学、吸附等温线并对吸附等温线进行Langmuir和Freundlich模型拟合;研究了p H对平衡吸附量的影响,探索了其循环利用性能。同时,研究多孔g-C3N4和块体g-C3N4对亚甲基蓝的吸附动力学性能。得到了P-g-C3N4对Pb(Ⅱ)的吸附动力学模型,以及P-g-C3N4、块体g-C3N4对亚甲基蓝的吸附动力学参数。(3)以浓H2SO4为溶剂,用溶剂/非溶剂法制得了螺旋结构的TATB晶体,利用XRD、SEM、Raman对晶体的物相、形貌和表面成分进行表征。研究了过饱和度和结晶时间对TATB螺旋结构的形成及TATB结晶形貌的影响,探索了螺旋结构产生的机理。实验中得到的TATB晶体按照螺旋位错驱动生长模式生长,而螺旋位错的形成是由于g-C3N4和TATB晶格匹配度低而引起的缺陷形成的。
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