酸化改性石墨相C3N4的物化性质及其光催化降解罗丹明B研究

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本论文在简要综述半导体光催化技术的发展概况、石墨相C3N4的研究进展以及光催化降解水中污染物的影响因素的基础上,制备了酸化改性石墨相C3N4光催化剂,并以未改性的石墨相C3N4为对照,系统研究了酸化改性对光催化剂的物化性质和光催化活性的影响;进一步地,本论文研究了作为环境因素的pH对石墨相C3N4及酸化改性石墨相C3N4光催化降解罗丹明B的影响,深入分析了pH调控罗丹明B降解效率和降解路径的机制;此外,本论文还系统评价了石墨相C3N4及酸化改性石墨相C3N4在酸性条件下的稳定性。本论文的主要研究内容和研究结果如下:   1.以盐酸三聚氰胺(C3H6N6·HCl)为前驱体、在550℃温度下制备了酸化改性石墨相C3N4。与未修饰的石墨相C3N4相比,其元素组成、化学结构、结晶度及能带结构的变化较小;而形貌、表面电性、比表面积、载流子移动性有较大改变:酸化改性之后,该材料的表面形貌更加规则、表面零电势点(pHPZC)从7.2降至4.1、比表面积由12.7 m2/g增加至26.2 m2/g且光生载流子的平均寿命延长。酸化改性石墨相C3N4在可见光下催化降解罗丹明B的活性是未改性石墨相C3N4的4倍,酸化改性引起的光催化活性提高主要归因于石墨相C3N4比表面积的增大及光生空穴和光生电子移动性的增强。   2.当pH在2.0~7.0范围内变化时,石墨相C3N4及酸化改性石墨相C3N4光催化降解罗丹明B的活性在pH3.0处有最大值。当pH≥3.0时,光催化剂的活性主要受溶液中的·OH影响,pH降低有利于光催化剂间接地产生·OH,因此降低pH可提高光催化剂的活性;而当pH为2.0时,罗丹明B阳离子的二聚作用抑制了其自身的降解,因而降低了罗丹明B的降解效率。另一方面,对于两种光催化剂而言,pH降低会导致光催化剂表面与罗丹明B的=N+(Et)2官能团之间的静电斥力增强,因而抑制了罗丹明B的N-脱乙基降解途径。   3.石墨相C3N4及酸化改性石墨相C3N4在酸性条件下仍然具备优异的化学稳定性,它们在酸性水体中也是高效、稳定的可见光光催化剂。
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