鐵基石墨相氮化碳光催化劑的制備及其催化性能的研究.pdf

1、石墨相氮化碳(g-C3N4)作為一種新型可見(jiàn)光響應(yīng)的非金屬光催化材料，具有諸如可見(jiàn)光催化活性、高的熱/化學(xué)穩(wěn)定性、無(wú)毒和易制備等優(yōu)點(diǎn)，而成為光催化材料研究的熱點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)、控制制備出一系列不同F(xiàn)e3O4和BiFeO3含量的Fe3O4/g-C3N4和BiFeO3/g-C3N4復(fù)合光催化劑，并采用XRD、SEM、TEM、UV-visDRS和XPS等手段對(duì)所制備材料的晶型、形貌、化學(xué)組成和化合物價(jià)態(tài)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分析。將所合成的樣品對(duì)模擬有機(jī)污染

2、物（RhB和四環(huán)素）進(jìn)行光催化降解，確定最佳反應(yīng)條件。通過(guò)自由基猝滅實(shí)驗(yàn)和所制備復(fù)合催化劑的能帶結(jié)構(gòu)提出可能的反應(yīng)機(jī)理。
　　1.Fe3O4/g-C3N4的制備及表征。
　　以三聚氰胺作為前驅(qū)體，利用熱縮聚制備出g-C3N4，并在此基礎(chǔ)上以三氯化鐵和二氯化鐵作為鐵源，通過(guò)共沉淀法控制合成了不同F(xiàn)e3O4含量的Fe3O4/g-C3N4。實(shí)驗(yàn)采用不同的表征手段對(duì)所制備的樣品進(jìn)行了分析，結(jié)果表明Fe3O4納米顆粒成功沉積在g-C3

3、N4表面上，且分散均勻，二者的復(fù)合使得g-C3N4的禁帶寬度從2.86eV降低到2.11eV，展現(xiàn)了良好的可見(jiàn)光吸收性能。
　　2.Fe3O4/g-C3N4的光催化性能和機(jī)理研究。
　　以RhB作為模擬污染物，在模擬太陽(yáng)光照射下進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明:在一定負(fù)載量下，F(xiàn)e3O/g-C3N4的光催化性能明顯強(qiáng)于純的g-C3N4，其中FOCN-10的光催化性能最好，且所制備催化劑對(duì)RhB的降解過(guò)程符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型;在pH

4、=3～5，催化劑投加量為0.5g L-1時(shí)條件下，對(duì)RhB光催化降解效果較好，且RhB分子可最終被降解為CO2和H2O;此外，所制備的Fe3O4/g-C3N4復(fù)合光催化劑易于磁性回收，且表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。
　　FOCN-10良好的光催化性能主要?dú)w因于小粒徑、導(dǎo)電性能好的Fe3O4納米顆粒均勻的分散在g-C3N4表面，降低了禁帶寬度，拓展了可見(jiàn)光吸收范圍，進(jìn)而提高了可見(jiàn)光吸收能力。此外，F(xiàn)e3O4納米顆粒作為電子儲(chǔ)存體，很好的抑制

5、了光生電荷的復(fù)合。而通過(guò)自由基猝滅實(shí)驗(yàn)可知h+、·O2-和·OH均參與了RhB的降解過(guò)程，其影響順序?yàn)閔+＞·O2-＞·OH。
　　3.BiFeO3/g-C3N4的制備及表征。
　　分別以硝酸鐵和硝酸鉍作為鐵源和鉍源，利用溶膠-凝膠法制備出BiFeO3，通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械研磨-煅燒的方法控制制備出不同BiFeO3含量的BiFeO3/g-C3N4。采用不同的儀器對(duì)所制備的樣品進(jìn)行表征和分析，結(jié)果表明:約0.2um～0.6um的Bi

6、FeO3顆粒與層狀g-C3N4成功復(fù)合，二者的形貌和晶型在復(fù)合后未發(fā)生明顯變化，且二者的結(jié)合有效拓展了g-C3N4的可見(jiàn)光響應(yīng)范圍，從而提高了對(duì)可見(jiàn)光的吸收。
　　4.BiFeO3/g-C3N4的光催化性能和機(jī)理研究。
　　將所制備的催化劑與過(guò)硫酸鹽結(jié)合，在模擬太陽(yáng)光照射下形成可見(jiàn)光類芬頓反應(yīng)體系，對(duì)四環(huán)素進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明:相比于g-C3N4和BiFeO3，BiFeO3/g-C3N4復(fù)合光催化材料在可見(jiàn)光下能更好的活化

7、過(guò)硫酸鹽并表現(xiàn)出了對(duì)四環(huán)素良好的降解效果，其中BFO/CN-10的類芬頓光催化效果最好，降解過(guò)程符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型;在pH=3～6，催化劑投加量為1.5g L-1，PS濃度為2mmol L-1的條件下，對(duì)四環(huán)素去除率較高，且四環(huán)素最終可被降解為無(wú)害的H2O和CO2;此外，BiFeO3/g-C3N4復(fù)合光催化劑表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。
　　相比于單組分的g-C3N4和BiFeO3，BiFeO3/g-C3N4復(fù)合材料由于合適的價(jià)帶結(jié)構(gòu)和兩