类石墨相氮化碳复合材料的合成及其光催化性能的研究

发布时间：2020-07-11 11:04

【摘要】：社会和经济的快速发展,引发传统能源日趋减少和环境污染等严峻问题,使得人类社会在发展同时面临能源和环境污染两大难题。其中水污染问题尤其引起人们的关注。一般来说,水污染主要是由重金属离子污染和激素、染料、农药、全氟有机化合物(PFOCs)等引起的有机污染组成,尤其废水中的有机物及中间体具有"三致"作用,严重威胁到人类健康。因此,能开发一种去除水体中有机污染物同时得到清洁能源(如H_2)的新方向,将可以实现污染资源化同步能源化。故本论文我们系统的讨论B-CN/CNS复合非金属催化剂在光催化方面的应用和GQDs/TCN复合催化剂实现光催化降解多种污染物协同产氢的应用。论文采用以不同前驱体材料(硫脲,三聚氰胺)合成CN和CNS,CNS与苯甲酸功能化的CN结合,合成一系列不同比例的B-CN/CNS的复合催化剂,系统研究复形成的结构和性质对光催化剂活性的影响,通过一系列实验可知当B-CN的复合比例10%时(10%B-CN/CNS)光催化产氢效率最高为0.4915 mmol·g~(-1)·h~(-1),相对于CNS和通过煅烧法得到的CN-U/CN-T的产氢效率,催化性能提高1.96倍和1.76倍。此外本论文基于石墨烯量子点的良好的电子传输能力和上转换效应,我们利用溶剂热法将GQDs与TCN(CNS/Mn-N-TiO_2)结合,实验结果证明,GQDs的复合对复合催化剂的催化性能有效提高,其中GQDs的负载比例为5%时,CNS的比例40%时,即5%GQDs/TCN-0.4的催化性能最好,在对硝基苯酚(4-NP)体系中光催化产氢效率为0.8735 mmol·g~(-1)·h~(-1),对应的对硝基苯酚(4-NP)的去除率为88.5%,同时为了研究不同有机污染物体系对产氢速率的影响,我们还研究了环丙沙星(CIP)和邻苯二甲酸二乙酯(DEP)溶液体系中的光催化裂解水产氢,本论文深入研究不同有机污染物对光催化制氢速率的影响机理,为光催化协同的实现提供了理想方案,同时也为废水中有机污染物的去除和同时新能源的生成开辟了一条新的途径。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33;O643.36
【图文】：

示意图,有机污染物降解,半导体异质结,光催化分解

图 1-1 半导体异质结催化剂光催化分解水协同有机污染物降解示意目前研究中仍存在大量问题，如一方面催化剂光催化过程中存载流子的复合率高；重复使用的寿命短；光催化性能较差；用物在催化剂表面附着性差等种种问题。因此，开发具备可见光的光催化剂是解决废水中有机污染物的高效矿化去除及同步。构成异质结则是目前解决以上缺陷具有可行性的一种方法。的光生电子和空穴能得到充分的利用，将有机污染物的光催化两者结合。综上所述，通过将具有良好去除有机污染性能的催解水产氢的催化剂复合，构成异质结，达成光催化裂解水产氢步去除。虽然当下人们对光催化降解污染物及光催化分解水产研究，并且取得一定的研究进展。但仅有少量的研究报道部分催化产氢和降解有机污染物的性能[19-20]，且针对目前的研究，不同类型的有机污染物降解对光催化制氢的影响研究极少，不物降解效果不同的催化机理不清等问题。故深入研究不同类型

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图 1-2 交联法固定酶模式，在光催化领域中金属有机骨架材料(MOFs)和共价有比表面积大、孔径可调、晶体结构好、表面易改性厚的兴趣，得到大范围，多方面的应用[34-35]，MOFs自组装结合在一起形成多孔的骨架材料，而 COFs 则结合，构成具备周期性结构的多孔骨架。共价键是二题组[36]2015 年报道了通过共价交联法合成一种 NH还原 Cr(VI),与 MIL-88B (Fe)相比，可见光照射下，NH激发，氨基官能团也被激发，有效提高光的吸收及光生异的还原 Cr(VI)光催化活性。2018 年 Ye 等[37]又报道卟啉金属有机骨架(PCN-224)配位不饱和的 Fe(Ⅲ)，其中 Fe(Ⅲ)配位的存在不仅大大提高了电子空穴的n 反应将原位光生的非活性 H2O2转化为活性含氧的自活性。而共价交联法在 MOFs 和 COFs 合成及改性与

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图 1-3 半导体材料光催化裂解水产氢示意图化还原 CO2碳对全球环境的变化的影响众所周知，而利用太阳能驱质和能源例如甲酸，甲烷，或者甲醇。但是从 CO2的分定的分子，因此破坏 CO2结构需要外界提供大量的能量种较为理想和环保的去除 CO2的方法。其光催化原理与电子起主导作用，理论上转化 CO2为碳氢化合物需要比负的导带电位，价带的氧化电位高于 O2/H2O 的氧化电位O2为各种的碳氢化合物方式如下图所示：

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