多酸盐表面修饰石墨相氮化碳及其光催化性能研究

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石墨相氮化碳(g-C3N4)具有稳定的光学性质、化学性质以及能够利用太阳能等优点,但其光催化效率较低。本文利用磷钨酸盐对g-C3N4表面进行修饰来增加活性位点,进而增大材料的光催化效率。主要研究内容如下:  超声处理Fe3+和磷钨酸制成相应的磷钨酸铁盐(Fe-PW),并将其修饰在g-C3N4材料表面,通过非共价作用形成Fe-PW-g-C3N4,改性后的g-C3N4在降解模拟有机染料方面体现了良好的光催化活性以及循环稳定性。以Fe-PW-g-C3N4为光催化剂对100mL浓度为10mg/L的罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO)溶液进行光催化降解实验,并对其循环使用效果进行了研究。经超声处理的Fe-PW-g-C3N4降解RhB的速率比纯g-C3N4有很大的提升,进行四次循环实验后,依然能够在光照20min时使RhB完全降解;相同条件下Fe-PW-g-C3N4降解MO的效率也比纯g-C3N4有明显提升,其循环使用实验表明,光照20min时MO也能被完全降解。说明经Fe-PW修饰的g-C3N4材料对模拟有机染料的光催化效率明显提高,并且循环使用性能良好。  为考察Fe-PW-g-C3N4光催化剂的工业应用性,对其降解RhB染料及循环使用效果进行了放大实验。RhB的体积分别为10L、10L和250L,催化剂用量分别为100mg、500mg和5g的条件下进行降解,经太阳光照射6h、80min和6h后,RhB都能被完全降解;循环使用结果表明,染料用量加大时,相应地增加催化剂的用量,光催化剂仍具有较好的循环稳定性,有良好的工业应用前景。  利用磷钨酸钾(K-PW)对g-C3N4表面进行了修饰,通过不同负载量实验筛选出最优配比,改性后催化剂对RhB溶液的降解活性相比纯g-C3N4有所提升,在模拟太阳光条件下光照15min时能够将RhB完全降解,降解速率是纯g-C3N4的2.4倍,其循环使用效果也保持稳定;同样条件下降解MO,在光照30min时可以使MO降解率达到100%,降解速率是纯g-C3N4的1.3倍,进行四次循环实验后,光照40min时也能将染料降解完全。实验结果表明,K-PW对g-C3N4的表面修饰,可以实现材料的表面功能化,提升g-C3N4的光催化活性及循环稳定性。
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