论文部分内容阅读
近年来,基于SO4-·的高级氧化技术在环境治理领域受到了研究者的广泛关注。与传统的高级氧化技术中产生的HO·相比,SO4-·具有更高的氧化还原电位（2.6–3.1 V）,在更广泛的pH范围内能完全降解绝大多数的有机污染物。开发高效活化过硫酸盐的金属氧化物催化剂是目前研究的热点。石墨相氮化碳（g-C3N4,）是一种新型的半导体光催化剂,具有类似石墨烯的层状结构。g-C3N4独特的化学结构使得它具有良好的热稳定性和化学稳定性、优秀的光电性能以及原料丰富,制备成本低和对环境友好等诸多优势。将g-C3N4用于非金属光催化活化过硫酸氢盐可以克服氧化物氧化剂活性组分易流失的缺陷,但也由于g-C3N4存在比表面积小、禁带宽度大、光生电子空穴对易复合等缺点,极大地限制了其应用。为提升g-C3N4在可见光下活化PMS的性能,本论文通过掺杂、半导体复合、比表面积调控制备了三种不同的改性氮化碳材料,通过X射线衍射仪（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）,透射电子显微镜（TEM）N2吸附/解吸等温线,傅里叶变换红外光谱（FT-IR）,X射线光电子能谱（XPS）和紫外-可见漫反射光谱等手段对催化剂进行了表征。对g-C3N4光催化活化过硫酸盐去除酸性橙7（AO7）的性能进行了研究,考察了不同体系中催化剂的活性,反应条件对催化效果的影响,并通过自由基抑制实验分析了AO7降解过程中的主要活性物种和反应机理,还探讨了催化剂稳定性。1)通过掺杂改性技术合成了铁氧化物掺杂的改性g-C3N4（Fe2O3/g-C3N4）,通过表征发现,与普通的g-C3N4相比,Fe2O3/g-C3N4具有较窄的禁带宽度和高比表面积。在30min内,Fe2O3/g-C3N4对AO7染料的去除率达到98.5%,远高于g-C3N4和α-Fe2O3,说明Fe的掺杂显著提高了催化剂的活性。Fe2O3/g-C3N4在6次循环实验后仍旧具有高效的活性,表明Fe2O3/g-C3N4优异的稳定性。通过ESR测试和自由基抑制实验分析了反应过程中主要的活性物种,提出了催化剂活化PMS降解AO7的机理。2)通过比表面积调控技术,以三聚氰胺盐酸盐为前驱物在不同的温度下制备了氮化碳催化剂（CN（HCl））,表征结果显示,随着制备温度升高,CN（HCl）的形貌特征由典型的富含中孔平层结构向类似薄层转变,并伴随着BET比表面积的增加和禁带宽度的变化。AO7的催化降解实验表明CN（HCl）/PMS/Vis对AO7具有良好的去除效果,30min内,CN-550（HCl）对AO7的降解率达到96.3%,制备温度很大程度上影响了CN（HCl）的活化性能,在500℃时,CN（HCl）的催化效果是CN的1.34倍,在600℃则达到3.12倍。循环实验表明,CN-550（HCl）具有良好的稳定性和重复性。考察了不同动力学因素对AO7脱除效果的影响,自由基抑制实验表明SO4-·是CN（HCl）/PMS/Vis体系中主要的活性物种。3)通过热聚法合成了活性炭负载的氮化碳材料（AC-CN（HCl））,研究了不同活性炭负载了对催化效果的影响。AO7的降解实验表明,AC-CN（HCl）不仅能高效的活化PMS降解AO7染料,而且对PS也有良好的活化效果。分别对AC-CN（HCl）活化PMS和PS进行了研究,考察了反应条件对催化效果的影响,重复试验表明AC-CN（HCl）活化PMS和PS均能保持良好稳定性。通过自由基抑制实验分析了AC-CN（HCl）活化PMS和PS的路径。