高效石墨相氮化碳基光催化体系的设计、制备及其降解四环素性能研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangxiaofu2008
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环境污染是威胁人类生存和发展的重大问题之一。包括四环素(TC)等抗生素的滥用造成了地下水层的严重污染,亟待发展经济且高效的处理技术。光催化技术可在光催化剂的存在下利用太阳能降解水体中难降解的有机物,是解决环境污染的有效途径。其中,高效光催化剂的研制是关系到光催化技术能否实用化的关键。在目前众多的光催化剂中,不含金属的石墨相氮化碳(g-C3N4)具有原料来源广泛、成本低且化学稳定性好等优点,极具发展前景。然而,较小的比表面积以及载流子复合率高等缺陷导致g-C3N4的光催化活性在目前还无法达到实用化要求。本论文致力于研制高性能的g-C3N4基光催化降解体系;一方面,借助表面活性剂实现了对g-C3N4的形貌调控,制备出新型三维中空泡泡状g-C3N4材料;另一方面,将光催化原位产H2O2与界面电荷转移效应(IFCT)相结合,设计并构筑了新型基于g-C3N4的高效光Fenton体系。1.将水热处理双氰胺(DCDA)所得的超分子前驱体在软模板Pluronic P-123(P123)的存在下进行水热反应,获得了具有层叠片状结构的中间体;该中间体焙烧得到由三维中空泡泡组成的新型g-C3N4聚集体;不添加P123时,所得中间体焙烧后的g-C3N4样品由片状组成。P123的最佳含量为2wt%,得到的g-C3N4样品表现出孔体积和比表面积增加、可见光吸收范围拓宽、载流子复合减少和光电流响应增加等特性,从而获得了优异的光催化活性,即在12 min内可降解97.9%的TC,优于所有报道的用于TC降解的光催化剂活性。2.通过在具有高H2O2产量的g-C3N4基光催化剂上负载FeOOH,研制了一种新型光Fenton体系。首先将melem和2,3-萘二甲酸酐(NDA)共混煅烧得到具有不同2,3-萘二酰亚胺(NDI)质量比的二元复合材料(melem/NDI),评价了其光催化产H2O2的活性;然后,将FeOOH负载到活性最佳的melem/NDI样品表面,构建了三元复合光催化剂(FeOOH@melem/NDI),并对Fe的含量进行了优化。结果表明,当NDI与melem的质量比为0.5时,所得光催化体系的H2O2产量最高,为体相g-C3N4(BCN)的220倍。而后将FeOOH接枝到melem/NDI0.5表面,不仅促进了电荷分离和传输,且利用melem/NDI0.5原位产生的H2O2可引发光Fenton反应,促进羟基自由基(·OH)的产生,从而获得了优异的光催化降解性能。当三元复合材料中Fe的含量为3.76%时,其降解四环素的速率最高,分别为BCN和melem/NDI0.5的21倍和18.7倍。
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