改性石墨类氮化碳(GCN)光催化降解四环素的研究

来源 :华东交通大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:zfx523
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药物及个人护理品(Pharmaceutical and Personal Care Products,PPCPs)是一种新兴污染物,由于被广泛地使用导致该类物质不断地被引入到生态环境中,研究者已经从自然水体中检测到微量的抗生素类污染物,这样会对人体健康造成严重的危害。其中,四环素类抗生素是PPCPs中的一种,由于具有价格低廉的优势,广泛地应用于畜禽养殖业,其使用量占所有抗生素总量的一半以上,且其性质稳定,易于在环境中残留,短时间内难以达到完全降解。因此,亟需一种能高效、彻底无害化的去除四环素类抗生素的方法。相对于其他处理方法,光催化法具有催化效率高、能耗低和稳定性强,并且降解彻底、不产生二次污染等优点,具有可观的应用前景。本文选择非金属光催化剂石墨类氮化碳(Graphitic Carbon Nitride,GCN)作为降解四环素的材料,其具有能在可见光响应、制备方法简单、原材料价格低廉以及电子性能可控等优点。但石墨类氮化碳的带隙宽,只能吸收有限的可见光,同时在进行光催化时存在光生电子空穴对易复合的问题,其光催化效率受到限制,因而,需要对材料进行改性,来增强其可见光光催化活性。选择了三聚氰胺为石墨类氮化碳的前驱体,采用形貌调控、元素掺杂等多种改性方法制备多种复合光催化剂,利用一系列表征手段来分析光催化剂的微观结构和宏观特性,并将所制备的复合材料应用于模拟废水中四环素的去除,通过去除率来衡量所制备材料对四环素的去除效果。得出以下结果和结论:1.磷掺杂的介孔石墨类氮化碳光催化降解四环素的研究采用简单的将三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐和SBA-15混合,经过浇筑、煅烧和除模板后制备了磷掺杂的介孔石墨类氮化碳(P-mp-GCN),制备出的材料其比表面积高达198.3 m2/g,是纯石墨类氮化碳(GCN)的10.7倍,高比表面积可以为光催化反应提供更多的活性位点。研究了在可见光照射下对四环素的降解性能,实验过程中将30 mg的光催化剂加入到体积为50 m L浓度为15 mg/L四环素溶液中,P-mp-GCN对四环素的去除率是GCN的5.60倍,是介孔石墨类氮化碳(mp-GCN)的2.60倍。2.负载纳米四氧化三铁的石墨类氮化碳光催化降解四环素的研究采用两步法制备了三种四氧化三铁(Fe3O4)负载纯石墨类氮化碳的磁性光催化剂(Fe3O4/GCN)。首先通过简单的热缩聚反应合成纯石墨类氮化碳,然后分别采用氧化共沉淀法、溶剂热法和水热法来合成磁性的复合光催化剂分别记为Fe3O4-op/GCN、Fe3O4-st/GCN和Fe3O4-ht/GCN,合成的复合材料中磁性能最强的是Fe3O4-op/GCN-3,最大磁化强度(Ms)可达13.77 emu/g。研究了在可见光照射下对四环素的降解性能,实验过程中将30 mg的光催化剂加入到体积为50 m L浓度为15 mg/L四环素溶液中,在所制备材料中Fe3O4-ht/GCN-2的光催化降解能力最强,其对四环素的去除率是GCN的2.55倍。3.磷掺杂的高效强磁性核壳型石墨类氮化碳光催化剂降解四环素的研究首先采用共沉淀法制备纳米磁性铁酸钴粒子(Co Fe2O4),然后采用热聚合法制备出磷掺杂的强磁性核壳型石墨类氮化碳(P-CoFe2O4@GCN)。透射电子显微镜(TEM)表征结果显示,GCN成功的包覆到磁性粒子CoFe2O4上,同时磷元素的掺杂可以显著提升光催化剂的比表面积,P-CoFe2O4@GCN-1的比表面积可达36.91 m2/g,更大的比表面积为光催化反应提供更多的活性位点。研究了在可见光照射下对四环素的降解性能,实验过程中将30 mg的光催化剂加入到体积为50 m L浓度为15 mg/L四环素溶液中,在所制备材料中P-CoFe2O4@GCN-1对四环素的去除率为GCN的3.19倍。
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