【摘 要】
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基于石墨相氮化碳(g-C_3N_4)的光催化氧化技术能够在可见光下有效地降解挥发性有机物、内分泌干扰物和药妆类污染物等有机污染物。传统的g-C_3N_4被认为是一种化学性质稳定的非金属光催化剂,但是它也面临所有光催化剂都具有的问题:电子-空穴复合几率高和可见光利用效率低。改性g-C_3N_4可以提高其光生电子和空穴的分离效率,进而提高其光催化活性。本学位论文在g-C_3N_4上原位引入氮缺陷以构建
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基于石墨相氮化碳(g-C3N4)的光催化氧化技术能够在可见光下有效地降解挥发性有机物、内分泌干扰物和药妆类污染物等有机污染物。传统的g-C3N4被认为是一种化学性质稳定的非金属光催化剂,但是它也面临所有光催化剂都具有的问题:电子-空穴复合几率高和可见光利用效率低。改性g-C3N4可以提高其光生电子和空穴的分离效率,进而提高其光催化活性。本学位论文在g-C3N4上原位引入氮缺陷以构建g-C3N4/g-C3N4结构的p-n同质结,促进光生载流子分离,实现污染物的高效降解,进一步利用含有氮缺陷的g-C3N4光催化活化亚硫酸盐,产生亚硫酸根自由基用于降解有机污染物。主要研究工作如下。(1)提出了一种制备g-C3N4 p-n同质结的方法,并发现制备的PN-x同质结能够有效地降解罗丹明B、环丙沙星、氧氟沙星和诺氟沙星等有机污染物。在给定条件下(催化剂用量0.5 g L-1,初始pH值7.0),PN-x同质结对以上污染物的降解效率达95%以上。与未进行二次煅烧的g-C3N4的相比,这几种有机污染物的表观降解速率常数提高了3-7.3倍。这表明其光催化性能得到明显加强。自由基猝灭实验和电子顺磁共振谱分析表明,PN-x同质结催化剂降解污染物的主要活性物种为超氧自由基(O2·-)和光生空穴(h+)。PN-x同质结的增效机理为:在n型的g-C3N4引入氮缺陷导致部分其表面的导电类型表现为p-n型,提高了其光生电子和空穴的分离效率,促进自由基的产生,加速污染物的降解。(2)构建了一种g-C3N4光催化活化亚硫酸盐高效降解有机污染物的体系,采含有氮缺陷的g-C3N4作为活化剂能进一步提高其活化效率。在氮气气流下处理三聚氰胺制备具有氮空位的石墨氮化碳(NV-g-C3N4)。采用NV-g-C3N4为催化剂,在光照射和Na2SO3(20 mmol L-1)存在下,在120 min内卡马西平被完全降解,且表观速率常数是不含氮缺陷的g-C3N4(Bulk-g-C3N4)的2.7倍。猝灭实验和电子顺磁共振谱表明NV-g-C3N4/Na2SO3体系中的主要活性物种为光生空穴(h+)和亚硫酸根自由基(SO3·-)。在该体系中,氮缺陷捕获电子,加快电子空穴分离,使更多的空穴活化亚硫酸盐产生SO3·-,从而导致污染物的快速降解。
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