石墨相氮化碳及其負載纖維光催化降解有機污染物與耦合制氫的研究.pdf

1、隨著全球經(jīng)濟的快速發(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注。在經(jīng)過人們長期地探索之后，光催化技術憑借著其獨特的優(yōu)勢:取之不斷，用之不竭的能量來源——太陽能，被人們認為是解決上述問題的較好方法。光催化技術可以利用反應中生成的、具有較強氧化性的基團，如:羥基自由基等，將各種有機污染物氧化，使其變?yōu)榭缮锝到獾男》肿游镔|(zhì)，從而達到解決環(huán)境污染問題的目的;而在解決能源短缺現(xiàn)象這方面，光催化技術則是利用太陽能，將水分解，從而獲得

2、清潔能源——氫氣。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，利用光催化技術同時解決環(huán)境與能源問題的研究較少。因此，建立一個可以同時處理能源短缺現(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污染物，來取代光催化分解水技術中的犧牲劑這一角色，將光催化氧化技術與光催化分解水技術相結合，在氧化有機污染物的同時，也促進水的分解，從而達到變廢為寶的目的。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、擁有較強的可見光響應，還在上述的兩個方面都擁有良好的應用前景。
　　在本文中，采用了光沉積法將Pt負載到石墨相氮化碳上。利用了紫外漫反射(DRS)，熒光光譜(PL)，光電流測試等手段對催化劑的光化學性能進行了測試，并采用了透射電鏡(TEM)，X射線光電子能譜(XPS)對催化劑負載Pt的情況進行了表征。結果發(fā)現(xiàn)，在

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

5、的含量、反應時間等因素對催化體系的影響。并通過液相-質(zhì)譜聯(lián)用技術(UPLC-MS)，探索了羅紅霉素(Rox)的降解歷程。在對羅紅霉素的降解歷程進行分析后，推斷了其反應的機理。
　　為了進一步優(yōu)化催化劑的實用性，解決粉末型催化劑難回收、難再利用的缺點，本文采用離心紡絲技術，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，得到了具有多孔結構的光催化材料g-C3N4/PEG-PAN。在本文中，

6、采用了掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)等分析技術手段，對催化劑進行了一系列的表征。發(fā)現(xiàn)所制備的纖維不僅負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，有機污染物羅紅霉素對其產(chǎn)氫性能的影響，以及對上述兩種催化劑的性能進行了對比。結果發(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