用于空气净化领域的石墨相氮化碳宏观光催化剂的研究

发布时间：2020-07-13 12:10

【摘要】：石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种无机非金属半导体材料,具有优秀的热稳定性,化学稳定性和合适的能带结构,在光催化领域具有具大的应用前景。本论文主要从g-C3N4的制备与改性和构建g-C3N4宏观光催化剂出发,并着重研究了其在降解污染气体NO中的应用。首先,比较了不同前驱体在马弗炉中制得的g-C3N4的光催化活性,筛选出活性较好的g-C3N4。接着采用浓硫酸和高铁酸钾对g-C3N4进行改性,并探索了改性时间对氧化g-C3N4光催化活性的影响。实验结果表明O-g-C3N4-K-3h在可见光下实现了最大的NO去除效率,达到45.82%,光催化活性增加的主要原因是O-g-C3N4-K-3h样品吸光性的增加。后面又探索了浓硫酸对质子化g-C3N4光催化活性的影响,发现O-g-C3N4-3h样品的光催化活性接近于O-g-C3N4-K-3h,其光催化活性增加来源于比表面积的增加和光生电子和空穴的分离能力的增强。最后考虑到高铁酸钾成本问题,认为O-g-C3N4-3h是更好的改性产物。接着,在上述研究的基础上,为了扩大质子化g-C3N4的实际应用,选择氧化石墨烯为载体,采用温和的一步冷冻干燥法,将质子化g-C3N4光催化剂负载到氧化石墨烯气凝胶上,形成宏观气凝胶催化剂。研究表明这种宏观气凝胶催化剂光解NO活性提高的原因是比表面积的增加,吸光性能的增强和光生电子和空穴分离的增强,但是质子化g-C3N4/氧化石墨烯气凝胶存在制备过程复杂、成本较高、机械强度较差的缺点。最后,为了进一步提高g-C3N4宏观光催化剂的光催化活性和机械强度,选择了三聚氰胺海绵为载体,采用一种温和的超声-涂覆法成功地制备g-C3N4/MS宏观光催化剂,研究表明这种宏观光催化剂在光解NO、光解罗丹明B和光还原CO2的过程中,都有一个增强的光催化活性。研究表明这种光催化剂活性增加的原因来自于其增大的比表面积、增强的可见光的吸收能力和增强的光生载流子的分离能力。此外,制备的g-C3N4/MS宏观光催化剂拥有超低密度、高孔隙、优秀的机械强度、可调的形状以及g-C3N4和MS牢固结合的特性,这些特性使得g-C3N4/MS更好的适应于实际应用,另外,其制备过程的简单和原料成本低廉,又使得g-C3N4/MS可以实现大规模的产业化应用。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;O644.1
【图文】：

太阳光中不同波长范围的光的能量分布图

图１－４Ｃ３Ｎ４五种同素异形体的晶体结构图［７７］逡逑Ａ：邋Ｐ－Ｃ３Ｎ４，邋Ｂ：邋ａ－Ｃ３Ｎ４＞邋Ｃ：邋ｇ－Ｃ３Ｎ４，邋Ｄ：邋ｐ－Ｃ３Ｎ４，邋Ｅ：邋ｃ－Ｃ３Ｎ４逡逑

图１－５块状的ｇ－Ｃ３Ｎ４到ｇ－Ｃ３Ｎ４纳米片的热氧化刻蚀过程（Ｃ原子为灰色，Ｎ原子为蓝色，Ｈ原子为逡逑红色）及５０邋ｍｇ块状的ｇ－Ｃ３Ｎ４和片层ｇ－Ｃ３Ｎ４的照片［８７１逡逑

【参考文献】

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本文编号：2753451