隨著科技的進(jìn)步,開發(fā)和利用太陽能的條件大大改善,太陽能顯示出了廣闊的發(fā)展前景。光催化技術(shù)能夠通過光催化劑將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,從而氧化降解水體中的污染物,因此被認(rèn)為是一種綠色環(huán)保的技術(shù)。光催化技術(shù)的核心是設(shè)計并合成出合適的光催化劑,而早期常見的TiO_2以及ZnO受限于其較大的禁帶寬度,因此僅能利用太陽光中部分紫外光,沒有很好地利用可見光。石墨相氮化碳(g-C_3N_4)作為一種新型的非金屬高聚物半導(dǎo)體,具有較廣的可見光響應(yīng)范圍,能夠有效提高材料對太陽能的利用率。然而,純相g-C_3N_4還存在比表面積較小,電子空穴對復(fù)合率較高等問題。研究表明構(gòu)建基于g-C_3N_4的復(fù)合材料可以有效解決上述問題。(1)探討以三聚氰胺、硫脲、尿素為前驅(qū)體在不同溫度下直接煅燒合成g-C_3N_4的產(chǎn)率和微觀形貌,并以三聚氰胺為前驅(qū)體通過軟模板法煅燒合成g-C_3N_4。對550℃煅燒溫度下合成的各g-C_3N_4進(jìn)行光催化測試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,以尿素為前驅(qū)體和以軟模板法合成的g-C_3N_4光催化活性都較高且兩者相差不大,軟模板法合成的g-C_3N_4比直接煅燒合成的g-C_3N_4光催化性能有顯著提升。(2)采用水熱法合成了Ag-CeO_2納米微球,并通過簡單的溶劑蒸發(fā)法實(shí)現(xiàn)了Ag-CeO_2/g-C_3N_4復(fù)合材料的制備�？疾熵�(fù)載Ag-CeO_2對g-C_3N_4結(jié)構(gòu)、形貌以及光催化性能方面的影響,并對復(fù)合材料的光催化穩(wěn)定性進(jìn)行了評價。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Ag-CeO_2/g-C_3N_4復(fù)合材料能夠拓展可見光響應(yīng),有效抑制光生電子與空穴復(fù)合。當(dāng)Ag-CeO_2質(zhì)量為g-C_3N_4質(zhì)量的20%時,復(fù)合光催化劑表現(xiàn)出最高的光催化活性,同時在重復(fù)四次光催化實(shí)驗(yàn)后依舊保持穩(wěn)定。最后通過加入捕獲劑探究光催化實(shí)驗(yàn)中真正的活性物質(zhì)為空穴與超氧自由基,并以此嘗試探討了復(fù)合材料的光催化機(jī)理。(3)采用水熱法合成了WO_3納米棒,并通過簡單的溶劑蒸發(fā)法以及光沉積法實(shí)現(xiàn)了WO_3/Ag/g-C_3N_4復(fù)合材料的制備。考察負(fù)載WO_3和Ag對g-C_3N_4結(jié)構(gòu)、形貌以及光催化性能方面的影響,并對復(fù)合材料的光催化穩(wěn)定性進(jìn)行了評價。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,WO_3/Ag/g-C_3N_4復(fù)合材料能夠拓展可見光響應(yīng),有效抑制光生電子與空穴復(fù)合。當(dāng)WO_3質(zhì)量百分比為15 wt%時,復(fù)合光催化劑表現(xiàn)出最高的光催化活性,同時隨著納米銀的加入后光催化劑的活性又有很大提升。在重復(fù)四次光催化實(shí)驗(yàn)后,復(fù)合光催化劑依舊保持穩(wěn)定。最后通過加入捕獲劑探究光催化實(shí)驗(yàn)中真正的活性物質(zhì)為羥基自由基與超氧自由基,并以此嘗試探討了復(fù)合材料的光催化機(jī)理。
【學(xué)位單位】：蘇州科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X52;O643.36;TB33
【部分圖文】：

圖 1.1 左為 s-三嗪的結(jié)構(gòu)，右為 3-s-三嗪環(huán)的結(jié)構(gòu)Figure 1.1 S-Triazine (left) and tri-s-triazine(right) as tectons of g-C3N4氮碳化合物的發(fā)現(xiàn)最早可以追述到 1834 年，Berzelius 就已經(jīng)設(shè)計并合成了由二級氮連接 3-s-三嗪環(huán)的線性聚合物，并由“有機(jī)化學(xué)之父”Liebig 命名為melon[30]。后來直到 1922 年，科學(xué)家富蘭克林對這類氮碳化合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更深入的了解，并提出了“氮化碳”(C3N4)的概念[31]。直到 2009 年，Wang 等在Nature Materials 上發(fā)表論文，開創(chuàng)性的將 g-C3N4運(yùn)用于光催化領(lǐng)域，針對石墨相氮化碳的研究也由此轟轟烈烈地展開[32]。如今，g-C3N4作為一種新型高效的可持續(xù)光催化劑，正逐漸在光催化領(lǐng)域展露頭角[33-35]。1.4.2 石墨相氮化碳的微觀結(jié)構(gòu)1996 年，Teter 等嘗試采用共軛梯度法用于計算氮化碳的可能結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)結(jié)論共得到五種可能的 C3N4結(jié)構(gòu)，分別命名為 α 相、β 相、立方相、準(zhǔn)立方相以及類石墨相[36]。Molina 等認(rèn)為石墨相氮化碳可能存在兩種單層結(jié)構(gòu)：一種是以C3N3環(huán)（三嗪環(huán)）為結(jié)構(gòu)單元，另一種是以 C6N7環(huán)（3-s-三嗪環(huán)）為結(jié)構(gòu)單元，

促進(jìn)光吸收和氧化還原帶電位，從而提高多非金屬元素?fù)诫s的研究已經(jīng)被報道。一般3]等。將非金屬雜原子摻雜進(jìn)氮化碳骨架中勻分布在整個網(wǎng)絡(luò)中，從而發(fā)生電子電勢Huang 等人用雙氧水處理三聚氰胺以產(chǎn)生氫爐中以 N2作為保護(hù)氣，并于 550℃下進(jìn)行，有利于電子-空穴分離[74]。，常見的摻雜金屬主要為 Fe、Bi 摻雜[75]e 摻雜的 g-C3N4納米片，從漫反射光譜得出收。Fe 摻雜后的復(fù)合材料光催化活性是塊 4.5 倍[76]。Dong 等通過在 g-C3N4納米片金屬-有機(jī)結(jié)構(gòu)的 Bi 球-g-C3N4納米復(fù)合物i-g-C3N4顯示出優(yōu)異的光催化能力，并超越效凈化 NO[77]。

圖 2.1.(a)亞甲基藍(lán)分子結(jié)構(gòu)式；(b)羅丹明 B 分子結(jié)構(gòu)式Fig.2.1.(a) Molecular structure of Methylene blue; (b) Molecular structure of Rhodamine B本實(shí)驗(yàn)選擇亞甲基藍(lán)和羅丹明 B 溶液作為模擬污染廢水用于光催化降解性能的研究。因?yàn)閬喖谆{(lán)和羅丹明 B 在工業(yè)上即可用于棉、紙張、竹子、蠶絲等的染色，又可以制備繪圖工具的染料。其應(yīng)用范圍十分廣泛，同時在使用后會產(chǎn)生較多含有有機(jī)染料的廢水。因此，以它們作為模擬染料廢水用于光催化降解，可以為實(shí)際的生產(chǎn)生活應(yīng)用提供一定的借鑒作用。亞甲基藍(lán)和羅丹明 B 的結(jié)構(gòu)式分別如圖 2.1(a)和(b)所示。MB、RhB 溶液的配制：用分析天平準(zhǔn)確稱取 0.1 g 的 MB、RhB 固體顆粒于250 mL 的燒杯中，并加入一定量的去離子水進(jìn)行溶解。待固體顆粒完全溶解后，轉(zhuǎn)移至 2 L 的容量瓶中，定容完成后保存在暗室留待后續(xù)實(shí)驗(yàn)使用。所配置的MB、RhB 溶液濃度為 50 mg/L，利用類似實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行稀釋，配置稀溶液后，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。2.3.2 有機(jī)染料的標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

【參考文獻(xiàn)】

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1 李晶;傅敏;周萬嬌;劉紅艷;;一步煅燒法制備g-C_3N_4/TiO_2復(fù)合材料及其對NO_x的光催化性能[J];過程工程學(xué)報;2015年06期

2 王雨;郭永福;吳偉;白仁碧;;改性活性炭鐵吸附劑處理含鉻電鍍廢水[J];工業(yè)水處理;2015年01期

3 金瑞瑞;游繼光;張倩;劉丹;胡紹爭;桂建舟;;Fe摻雜g-C_3N_4的制備及其可見光催化性能[J];物理化學(xué)學(xué)報;2014年09期

4 牟婉君;謝翔;李興亮;張睿;唐慧;周官宏;魏洪源;;六方相氧化鎢的合成及其電催化還原氫的研究[J];人工晶體學(xué)報;2014年08期

5 楚增勇;原博;顏廷楠;;g-C_3N_4光催化性能的研究進(jìn)展[J];無機(jī)材料學(xué)報;2014年08期

6 范乾靖;劉建軍;于迎春;左勝利;;新型非金屬光催化劑——石墨型氮化碳的研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2014年05期

7 張金水;王博;王心晨;;氮化碳聚合物半導(dǎo)體光催化[J];化學(xué)進(jìn)展;2014年01期

8 唐見波;石玉龍;;等離子體化學(xué)氣相沉積制備氮化碳薄膜[J];青島科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年03期

9 隋智慧;無機(jī)復(fù)合混凝劑處理造紙綜合廢水[J];中國造紙;2005年05期

10 C.T.M.J.Frijters,R.H.Vos ,G.Scheffer,R.Mulder;厭氧好氧法處理漂白和染色廢水[J];印染;2005年02期

本文編號：2819120