g-C3N4-PAN納米纖維的制備及其可見光催化性能的研究.pdf

1、在水資源匱乏的當今社會，水污染已成為一項亟待解決的環(huán)境問題，而工業(yè)生產中排放的印染廢水又是造成水污染的主要來源之一。光催化氧化法利用光能將有機污染物徹底氧化分解，具有高效、低能耗等優(yōu)點，是近年來環(huán)境污染治理研究的熱點。但傳統(tǒng)的光催化劑往往存在可見光利用率低，穩(wěn)定性不好等問題。因此，開發(fā)具有可見光響應且穩(wěn)定性好的光催化材料是光催化氧化法處理水中有機污染物的關鍵。類石墨相C3N4(g-C3N4)是一種具有類石墨結構的碳氮化合物，因其具有較窄

2、的能帶隙，能夠吸收可見光，具有較高的光催化活性，近年來被廣泛用于催化降解有機污染物的研究。另外，該催化劑結構穩(wěn)定，耐酸堿、化學腐蝕，在成分復雜、酸堿性強的印染廢水的處理方面具有很好的應用前景。但粉體催化劑在使用中往往存在分散性差，易團聚和回收困難等問題，大大限制了粉體催化劑在染料廢水處理中的實際應用，因此，粉體催化劑的負載化成為了解決這一問題的有效方法。本文通過有機物熱聚合方法制備g-C3N4催化劑，然后采用靜電紡絲技術制備具有可見光催

3、化活性的納米光催化纖維，并研究其在可見光照射下對染料的光催化降解性能。
　　本文采用高溫熱解尿素的方法合成了g-C3N4催化劑，采用場發(fā)射掃描電鏡、透射電鏡、X射線衍射、紅外光譜、紫外可見漫反射等測試手段對該催化劑進行了表征，分析表明g-C3N4具有類似石墨的層狀薄片結構，且能夠吸收可見光。選擇不同結構的染料羅丹明B(RhB)和酸性紅G(AR1)為主要研究對象，考察了不同條件下g-C3N4對這兩種染料的可見光催化降解性能。結果表明

4、，g-C3N4在可見光照射下對RhB和AR1都具有很好的催化降解效果，酸性條件下的g-C3N4光催化活性最高。無機鹽的加入對RhB的降解有一定抑制作用，而對AR1具有促進作用。通過加入不同活性種捕獲劑推測出g-C3N4可見光催化降解染料體系中空穴和超氧自由基起主要作用。
　　將g-C3N4催化劑超聲分散在聚丙烯腈（PAN）溶液中制得紡絲液，然后通過高壓靜電紡絲制備了g-C3N4/PAN納米光催化纖維。通過透射電鏡觀察可以看出，靜電

5、紡絲溶液中，g-C3N4催化劑片層尺寸減小，催化劑的團聚得到改善，且靜電紡絲的牽伸作用使得催化劑的碎片均勻分散在納米纖維上。Zeta電位測試得到g-C3N4/PAN納米纖維表面電位為負值，對帶正電荷的染料的吸附性較好，使得帶正電荷的染料與纖維上的催化劑有更多的接觸機會，從而被快速氧化降解。另外，由于PAN納米纖維的低密度和疏水性，使得g-C3N4/PAN納米纖維能夠鋪展在染料溶液表面，克服了光催化過程中由于染料溶液吸收光而導致的光能利用