石墨相氮化碳及其負(fù)載纖維光催化降解有機(jī)污染物與耦合制氫的研究.pdf

1、隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源短缺現(xiàn)象和環(huán)境污染問題已經(jīng)引起了全世界人民的關(guān)注。在經(jīng)過人們長(zhǎng)期地探索之后，光催化技術(shù)憑借著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì):取之不斷，用之不竭的能量來源——太陽能，被人們認(rèn)為是解決上述問題的較好方法。光催化技術(shù)可以利用反應(yīng)中生成的、具有較強(qiáng)氧化性的基團(tuán)，如:羥基自由基等，將各種有機(jī)污染物氧化，使其變?yōu)榭缮锝到獾男》肿游镔|(zhì)，從而達(dá)到解決環(huán)境污染問題的目的;而在解決能源短缺現(xiàn)象這方面，光催化技術(shù)則是利用太陽能，將水分解，從而獲得

2、清潔能源——?dú)錃?。就目前的研究現(xiàn)狀而言，與環(huán)境處理或能源開發(fā)相關(guān)的研究雖然已經(jīng)取得了不少矚目的成就，但是，利用光催化技術(shù)同時(shí)解決環(huán)境與能源問題的研究較少。因此，建立一個(gè)可以同時(shí)處理能源短缺現(xiàn)象和環(huán)境污染問題的體系，擁有重大的意義:尋找一些合適的有機(jī)污染物，來取代光催化分解水技術(shù)中的犧牲劑這一角色，將光催化氧化技術(shù)與光催化分解水技術(shù)相結(jié)合，在氧化有機(jī)污染物的同時(shí)，也促進(jìn)水的分解，從而達(dá)到變廢為寶的目的。在眾多的光催化劑中，本文選取了一種可

3、以被用來處理環(huán)境污染問題，還可以分解水制氫的粉末型無金屬的光催化劑——石墨型氮化碳(g-C3N4)。它不僅無毒、易改性、擁有較強(qiáng)的可見光響應(yīng)，還在上述的兩個(gè)方面都擁有良好的應(yīng)用前景。
　　在本文中，采用了光沉積法將Pt負(fù)載到石墨相氮化碳上。利用了紫外漫反射(DRS)，熒光光譜(PL)，光電流測(cè)試等手段對(duì)催化劑的光化學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試，并采用了透射電鏡(TEM)，X射線光電子能譜(XPS)對(duì)催化劑負(fù)載Pt的情況進(jìn)行了表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在

4、負(fù)載了Pt之后，催化劑的光生電子——空穴分離能力得到了改善。Pt主要以二價(jià)和零價(jià)的形式存在，被均勻地負(fù)載在g-C3N4的表面。隨后，選擇了以不同醇類和帶羥基的物質(zhì)來代替反應(yīng)過程中的犧牲劑，發(fā)現(xiàn)含有多個(gè)羥基、且其水溶液為堿性的物質(zhì)可以有效地促進(jìn)氫氣的生成。最后，本文選擇了一種典型的、最具代表性的有機(jī)污染——羅紅霉素為底物，去考察了當(dāng)Pt/g-C3N4為光催化劑時(shí)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，有機(jī)污染物被降解同時(shí)氫氣被生成的情況。與此同時(shí)，也考察了底物

5、的含量、反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)催化體系的影響。并通過液相-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(UPLC-MS)，探索了羅紅霉素(Rox)的降解歷程。在對(duì)羅紅霉素的降解歷程進(jìn)行分析后，推斷了其反應(yīng)的機(jī)理。
　　為了進(jìn)一步優(yōu)化催化劑的實(shí)用性，解決粉末型催化劑難回收、難再利用的缺點(diǎn)，本文采用離心紡絲技術(shù)，將石墨相氮化碳、聚丙烯腈(PAN)和聚乙二醇(PEG)的混合溶液紡制成纖維，最后再經(jīng)過水洗，得到了具有多孔結(jié)構(gòu)的光催化材料g-C3N4/PEG-PAN。在本文中，

6、采用了掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)等分析技術(shù)手段，對(duì)催化劑進(jìn)行了一系列的表征。發(fā)現(xiàn)所制備的纖維不僅負(fù)載上了光催化劑石墨相氮化碳，還有明顯的、分布較為均勻的孔洞。隨后，考察了光催化材料g-C3N4/PEG-PAN的光催化分解水制氫的能力，有機(jī)污染物羅紅霉素對(duì)其產(chǎn)氫性能的影響，以及對(duì)上述兩種催化劑的性能進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所制得的光催化材料不僅擁有良好的循環(huán)使用性和可回收性，其催化性能也幾乎與粉末型催化劑相同，展現(xiàn)了它良好的使用