前驱体对g-C3N4微观结构及其协同光催化性能的影响研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:higirl002
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石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种新型非金属有机半导体光催化剂,近些年被发展成为一种理想的环境治理材料。本文成功制备了g-C3N4-U、g-C3N4-C和gC3N4-M三种催化剂,然后利用XRD、FTIR、SEM、TEM、BET、XPS、EPR和UV-vis DRS等方法对其结构和性质进行表征,并对g-C3N4在协同光催化还原Cr(VI)及氧化磺基水杨酸(SSA)中的应用进行了研究,考察了催化剂投加量、初始pH以及Cr(VI)与SSA初始浓度比等因素对协同光催化反应的影响。本文还对比研究了前驱体对g-C3N4微观结构及其协同光催化的影响。结果表明:(1)以尿素、氰胺和三聚氰胺为前驱体,通过热解法成功制备了g-C3N4-U、g-C3N4-C和g-C3N4-M三种不同非金属半导体光催化剂,三种材料均具有良好的类石墨相结构,但是微观结构差异明显。(2)催化剂投加量为0.5 g/L,pH=2,初始Cr(VI)与SSA浓度比为1:4(10mg/L:40 mg/L)时,g-C3N4协同光催化性能最优,此时Cr(VI)的还原率为98.9%,SSA的氧化率为93.4%,是单独光还原或光氧化效率的3倍以上。(3)协同光催化机理:在可见光激发下,g-C3N4的光生电子将Cr(VI)还原为Cr(III),同步产生的空穴、O2·-和·OH等氧化基团氧化SSA。光还原与光氧化的同时进行可以促进光生电子-空穴分离,提高二者的利用率,从而大大提高gC3N4光催化性能。(4)前驱体不同所引起的微观结构差异中,氢键和氧掺杂是影响g-C3N4协同光催化性能的最主要因素。较少的氢键,能使e-在层间的传导快速容易;较多的O原子掺杂,能够活化氧分子产生更多的氧化自由基,有利于提高协同光催化性能。本研究进一步认识了解前驱体对g-C3N4微观结构的影响,也为g-C3N4高效协同光催化技术在实际废水处理中的应用提供了理论支持。
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