g-C3N4-BiOBr復(fù)合光催化劑的制備及對(duì)酰胺類農(nóng)藥的光化學(xué)氧化機(jī)理研究.pdf

1、農(nóng)藥的使用對(duì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到了至關(guān)作用，但大量的農(nóng)藥使用及較低的利用率給環(huán)境及生物的健康帶來(lái)了極大的危害，如何有效的去除環(huán)境介質(zhì)中的農(nóng)藥是急需解決的問(wèn)題。去除水體中農(nóng)藥的方法有物理法，微生物降解，濕式氧化法等處理技術(shù)，物理法及微生物法不能高效的降解農(nóng)藥，而濕式氧化法處理技術(shù)反應(yīng)條件苛刻，高成本而不能被推廣。光催化處理技術(shù)是一種新型的高級(jí)氧化技術(shù)，催化劑可以利用太陽(yáng)光高效降解有機(jī)污染物。如傳統(tǒng)的光催化劑TiO2能高效的光催化活性和礦化率，穩(wěn)

2、定，無(wú)二次污染受到研究者的青睞，然而TiO2只能利用紫外光激發(fā)，太陽(yáng)光的利用率低，所以開(kāi)發(fā)新型催化劑和對(duì)催化劑進(jìn)行改性來(lái)提高催化劑的光催化活性成為了研究熱點(diǎn)，BiOBr和g-C3N4都可以被可見(jiàn)光激發(fā)，它們獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其具有良好的光催化活性，而BiOBr和g-C3N4具有匹配的能帶結(jié)構(gòu)，進(jìn)行復(fù)合能夠有效的分離光生空穴和電子，從而提高光催化活性。因此，本論文將BiOBr和g-C3N4進(jìn)行復(fù)合，對(duì)目前我國(guó)用量較大的三種除草劑甲草胺，乙草胺，

3、丁草胺進(jìn)行降解，并研究其光化學(xué)氧化機(jī)理，為有毒生物難降解的農(nóng)藥消減提供理論和技術(shù)支持。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.在不同溶劑（水、乙醇、乙二醇、丙三醇、甘露醇）中制備了g-C3N4-BiOBr復(fù)合催化劑（既g-C3N4-BiOBrW，g-C3N4-BiOBrEN，g-C3N4-BiOBrEG，g-C3N4-BiOBrGL，g-C3N4-BiOBrMT），并利用X射線衍射法(XRD)、掃描電鏡(SEM)、紫外可見(jiàn)漫反射(UV-Vis

4、 DRS)、FT-IR分析，比表面積測(cè)定儀(BET、BJH)對(duì)催化劑的晶相結(jié)構(gòu)、形貌、帶隙、比表面積和孔徑進(jìn)行表征。結(jié)果表明，成功制備了不同形貌，比表面積及孔徑的g-C3N4-BiOBr復(fù)合催化劑。在以丙三醇為溶劑時(shí)，BiOBr的{101}面和g-C3N4的{002}面之間進(jìn)行了有效的復(fù)合，復(fù)合可能發(fā)生在g-C3N4的CN雜環(huán)上。在可見(jiàn)光下（λ≥420nm），12h不同溶劑中制備的的樣品g-C3N4-BiOBrW，g-C3N4-BiOB

5、rEN，g-C3N4-BiOBrEG，g-C3N4-BiOBrGL，g-C3N4-BiOBrMT對(duì)乙草胺的光催化效率分別為73％，91%，77%，100%和40%，以丙三醇為溶劑時(shí)制備的g-C3N4-BiOBr復(fù)合催化劑因其具有最大的表面積和適當(dāng)?shù)目讖椒植级@得最好的光催化活性。
　　2.以在丙三醇為溶劑時(shí)制備的g-C3N4-BiOBr復(fù)合催化劑在可見(jiàn)光下（λ≥420 nm）對(duì)甲草胺進(jìn)行降解，并探討其光催化氧化機(jī)理。g-C3N4-

6、BiOBr在12h內(nèi)能夠完全降解甲草胺。通過(guò)TOC的檢測(cè)，g-C3N4-BiOBr能夠?qū)撞莅愤M(jìn)行礦化。通過(guò)捕獲實(shí)驗(yàn)和電子自旋共振實(shí)驗(yàn)確定了在g-C3N4-BiOBr復(fù)合催化劑降解甲草胺過(guò)程中涉及到及到·OH、O2·?和h+的氧化機(jī)理。降解過(guò)程中離子的檢測(cè)及GC-MS分析，·OH、O2·?和h+對(duì)甲草胺的攻擊可以發(fā)生在側(cè)鏈乙基，N-甲氧基甲基，苯環(huán)或苯環(huán)-N等上，降解途徑主要有脫氯、脫氫、脫烷基、脫烷氧基、羥基化、環(huán)化、氧化等。

7、　　3.以在丙三醇為溶劑時(shí)制備的g-C3N4-BiOBr復(fù)合催化劑在可見(jiàn)光下（λ≥420 nm）降解乙草胺，并研究其光化學(xué)氧化機(jī)理。8h g-C3N4-BiOBr對(duì)乙草胺的降解率為99.3%，TOC的礦化率為22.54%。循環(huán)5次，降解效率依然良好。通過(guò)捕獲實(shí)驗(yàn)及ESR實(shí)驗(yàn)的氧化物種跟蹤測(cè)定，降解過(guò)程中離子的檢測(cè)及GC-MS分析，在降解過(guò)程中·OH、O2·?和h+都起到了一定的作用，乙草胺降解途徑涉及脫氯，羥基化，N-脫烷基化，Baey

8、er-Villiger氧化重排和環(huán)化。溶液中檢測(cè)到的甲酸根離子和乙酸根離子表明了苯環(huán)發(fā)生裂解，最終形成小分子酸物質(zhì)。
　　4.以在丙三醇為溶劑時(shí)制備的g-C3N4-BiOBr復(fù)合催化劑在可見(jiàn)光下（λ≥420 nm）降解丁草胺，并研究了其的降解中間產(chǎn)物，探討其降解機(jī)理及降解途徑。2h g-C3N4-BiOBr對(duì)丁草胺基本降解完全，通過(guò)TOC的檢測(cè)，g-C3N4-BiOBr能夠?qū)Χ〔莅愤M(jìn)行礦化。捕獲實(shí)驗(yàn)及ESR實(shí)驗(yàn)確定降解過(guò)程中·OH