新型石墨相氮化碳的制備及在環(huán)境有機(jī)污染物檢測(cè)和處理中的應(yīng)用.pdf

1、近年來，隨著工業(yè)廢水及生活污水等的排放，水質(zhì)被大量的污染。美國國家環(huán)保局(USEPA)根據(jù)污染物的毒性、生物降解的可能性以及在水體中出現(xiàn)的幾率等因素，規(guī)定需要優(yōu)先控制的129種有毒物質(zhì)，其中有機(jī)污染物有114種，這類有機(jī)污染物在水體中殘留時(shí)間長，有蓄積性和劇毒性等，對(duì)人類有致毒、致癌的性能。由于它們?cè)谒h(huán)境中的痕量濃度，因此開發(fā)有效的分析技術(shù)以分析超痕量化合物是至關(guān)重要的。而有機(jī)污染物在生產(chǎn)和使用過程中進(jìn)入環(huán)境水中達(dá)到一定濃度時(shí)，對(duì)農(nóng)業(yè)

2、、林業(yè)等會(huì)帶來不可預(yù)估的破壞，也會(huì)影響人類和動(dòng)植物的正常生活，因此人們不僅需要對(duì)環(huán)境水中的有機(jī)污染物進(jìn)行檢測(cè)，而且還需要對(duì)其進(jìn)行吸附和降解處理。為了達(dá)到更好的富集、吸附和降解效果，所用到的材料通常需要比表面積大，易于分散，與目標(biāo)分析物有較好的作用，處理速度快等特點(diǎn)。
　　石墨相氮化碳(g-C3N4)對(duì)富集、吸附和降解有機(jī)芳香族化合物顯示出巨大的潛力。g-C3N4的電子離域性質(zhì)，賦予了它具有多種吸附機(jī)制，主要包括絡(luò)合效應(yīng)，氫鍵，氧化

3、還原反應(yīng)，π-π共軛效應(yīng)，疏水效應(yīng)，酸堿反應(yīng)和靜電相互作用等。然而，g-C3N4的分離過程中需要過濾或離心，這樣的操作繁瑣并且耗時(shí)。Fe3O4納米粒子是最廣泛使用的磁性材料之一，一方面它們具有較好的穩(wěn)定性和較大的比表面積;另一方面，它們?nèi)菀缀铣?、聚集，易于固定在吸附劑表面上，并且不?huì)有效地吸附分析物。因此，可以將Fe3O4固定在g-C3N4的表面上，以克服單獨(dú)使用g-C3N4作為吸附劑時(shí)的不足。此外，g-C3N4還具有無毒和可見光響應(yīng)（

4、半導(dǎo)體帶隙2.7eV），它的這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)決定了其在光催化領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。但是，普通g-C3N4的催化活性較小，可以通過增大其比表面積，這樣有利于目標(biāo)物與g-C3N4有更多的接觸，從而提高g-C3N4的催化活性。因此本實(shí)驗(yàn)利用合成的新型大比表面積的天鵝絨狀高分散性的V-g-C3N4/Fe3O4納米復(fù)合材料對(duì)多氯聯(lián)苯(PCBs)進(jìn)行富集檢測(cè)，對(duì)氯酚(CPs)進(jìn)行吸附處理，最后合成不同比表面積的g-C3N4對(duì)氯酚進(jìn)行光催化降解，以選出最佳光

5、催化降解氯酚的材料。具體內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)V-g-C3N4/Fe3O4納米復(fù)合材料的合成及在檢測(cè)環(huán)境水中的多氯聯(lián)苯的應(yīng)用
　　通過尿素的水輔助一步熱縮合法制備天鵝絨狀的石墨相氮化碳(V-g-C3N4)，該合成方法簡單、易于操作。將制各好的V-g-C3N4和Fe3O4通過化學(xué)共沉淀法制備V-g-C3N4/Fe3O4納米復(fù)合材料。然后對(duì)材料進(jìn)行熱分析、元素分析、FT-IR、XRD、BET和TEM表征，結(jié)果表明此納米復(fù)合

6、材料成功合成。然后使用此納米復(fù)合材料，對(duì)十種PCBs的混合溶液進(jìn)行磁性固相萃取，在此過程中，利用響應(yīng)曲面法(RSM)對(duì)影響固相萃取的因素，如溫度、時(shí)間、pH值、鹽度等進(jìn)行優(yōu)化。使用HPLC測(cè)定優(yōu)化吸附條件和優(yōu)化洗脫條件時(shí)的溶液，而使用GC-MS測(cè)定經(jīng)過MSPE后的洗脫液，檢測(cè)開發(fā)方法對(duì)四種實(shí)際水樣中的PCBs富集的線性和檢測(cè)限。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在最優(yōu)條件下:本方法對(duì)PCBs具有較好的檢測(cè)限(9.0×10-6-5.8×10-5μg/mL,L

7、OD,S/N=3)、精密度(0.02-3.7％,RSDs,n=3)和回收率(80.1-118.4％)。這項(xiàng)研究表明V-g-C3N4/Fe3O4可用于水樣品中預(yù)處理和富集PCBs及其他含有碳基環(huán)結(jié)構(gòu)的疏水性污染物。
　　(2)V-g-C3N4/Fe3O4納米復(fù)合材料作為吸附劑對(duì)水中的氯酚類化合物的吸附應(yīng)用
　　將所制備的V-g-C3N4/Fe3O4納米復(fù)合材料用作吸附劑，對(duì)水中三種氯酚進(jìn)行吸附處理，探究了氯酚初始濃度、吸附時(shí)間

8、、鹽度、溶液溫度、溶液pH因素的影響，并且用響應(yīng)曲面法對(duì)這些影響因素進(jìn)一步優(yōu)化，以選擇出最佳吸附條件。利用HPLC進(jìn)行分析，以評(píng)價(jià)此材料作為吸附劑時(shí)吸附氯酚類化合物的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，合成的V-g-C3N4/Fe3O4具有比表面積大，吸附速率快(30s)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)氯酚類化合物吸附處理效果好。
　　(3)不同比表面積的石墨相氮化碳納米材料的合成及在可見光下快速光催化降解氯酚的應(yīng)用
　　通過三聚氰胺和尿素制備出不同比表面積的g

9、-C3N4，在合成過程中，不必使用模板，有毒溶劑和昂貴的化學(xué)藥品，然后對(duì)這些材料進(jìn)行表征。本實(shí)驗(yàn)選擇三種氯酚作為目標(biāo)化合物，利用HPLC進(jìn)行分析，以評(píng)價(jià)這些材料作為光催化劑的性能。還研究了一些影響光催化降解的關(guān)鍵因素，包括溶液的離子強(qiáng)度，pH和溫度等，優(yōu)化出光催化降解目標(biāo)分析物的最佳條件，然后對(duì)材料重復(fù)利用。最后，在最佳條件下光催化降解氯酚，并用實(shí)時(shí)分析質(zhì)譜（DART-MS）驗(yàn)證降解效果。結(jié)果表明，V-g-C3N4(N2，3h)納米材料