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

发布时间：2020-07-04 05:53

【摘要】：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-C_3N_4)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-C_3N_4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-C_3N_4基光催化降解体系;一方面,借助表面活性剂实现了对g-C_3N_4的形貌调控,制备出新型三维中空泡泡状g-C_3N_4材料;另一方面,将光催化原位产H_2O_2与界面电荷转移效应(IFCT)相结合,设计并构筑了新型基于g-C_3N_4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-C_3N_4聚集体;不添加P123时,所得中间体焙烧后的g-C_3N_4样品由片状组成。P123的最佳含量为2wt%,得到的g-C_3N_4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H_2O_2产量的g-C_3N_4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H_2O_2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H_2O_2产量最高,为体相g-C_3N_4(BCN)的220倍。而后将FeOOH接枝到melem/NDI_(0.5)表面,不仅促进了电荷分离和传输,且利用melem/NDI_(0.5)原位产生的H_2O_2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/NDI_(0.5)的21倍和18.7倍。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;O643.36;O644.1
【图文】：

草酰胺,人类社会发展,共聚合,电荷分离

图 1-1 光催化反应机理Figure 1-1 Photocatalytic reaction mechanism术的应用领域解水产氢约人类社会发展的严峻问题之一，而利用丰富的太机。20 世纪初 70 年代，Fujishima 和 Honda[28]发能转化为化学能储存起来。随后，科学家们又相继催化剂[19, 29-31]。Wang[32]等人将尿素和草酰胺共聚合g-C3N4，草酰胺使样品的带隙减小，拓宽了光吸收范度，改善了电荷分离和传输性能，使其在 420 nm 和Y）分别为 57%和 10%。原二氧化碳

能带结构,光催化

图 1-3 常见半导体的的能带结构Figure 1-3 The band structure of traditional semiconductors化物半导体。多元氧化物半导体光催化剂主要包括 TiO2、Ta2O5、Nb2O5等。其中，TiO2是最早用于光催化研究的半导、合适的带隙（约 3.2eV）和较高的稳定性而受到广泛关注物诱导自转化合成具有暴露的 001 晶面的新型中空 TiO2微氮染料时表现出可调的光催化选择性，氟化的 TiO2微球可优碱化或在 600 ℃下煅烧的 TiO2微球则优先降解 MB。半导体。除了传统的 CdS、ZnS 以外，一些多元硫化物如 ZnIn化活性。硫化物一般具有合适的能带结构和良好的光催化活腐蚀严重等问题。研究发现在 TiO2表面负载 MoS2可解决之间可形成平滑界面，促进载流子分离和传输，使其光催化产

【参考文献】