g-C3N4-PAN納米纖維的制備及其可見(jiàn)光催化性能的研究.pdf

1、在水資源匱乏的當(dāng)今社會(huì)，水污染已成為一項(xiàng)亟待解決的環(huán)境問(wèn)題，而工業(yè)生產(chǎn)中排放的印染廢水又是造成水污染的主要來(lái)源之一。光催化氧化法利用光能將有機(jī)污染物徹底氧化分解，具有高效、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，是近年來(lái)環(huán)境污染治理研究的熱點(diǎn)。但傳統(tǒng)的光催化劑往往存在可見(jiàn)光利用率低，穩(wěn)定性不好等問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)具有可見(jiàn)光響應(yīng)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(jī)污染物的關(guān)鍵。類石墨相C3N4(g-C3N4)是一種具有類石墨結(jié)構(gòu)的碳氮化合物，因其具有較窄

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

3、化活性的納米光催化纖維，并研究其在可見(jiàn)光照射下對(duì)染料的光催化降解性能。
　　本文采用高溫?zé)峤饽蛩氐姆椒ê铣闪薵-C3N4催化劑，采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、透射電鏡、X射線衍射、紅外光譜、紫外可見(jiàn)漫反射等測(cè)試手段對(duì)該催化劑進(jìn)行了表征，分析表明g-C3N4具有類似石墨的層狀薄片結(jié)構(gòu)，且能夠吸收可見(jiàn)光。選擇不同結(jié)構(gòu)的染料羅丹明B(RhB)和酸性紅G(AR1)為主要研究對(duì)象，考察了不同條件下g-C3N4對(duì)這兩種染料的可見(jiàn)光催化降解性能。結(jié)果表明

4、，g-C3N4在可見(jiàn)光照射下對(duì)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(wú)機(jī)鹽的加入對(duì)RhB的降解有一定抑制作用，而對(duì)AR1具有促進(jìn)作用。通過(guò)加入不同活性種捕獲劑推測(cè)出g-C3N4可見(jiàn)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(guò)高壓靜電紡絲制備了g-C3N4/PAN納米光催化纖維。通過(guò)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(tuán)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(cè)試得到g-C3N4/PAN納米纖維表面電位為負(fù)值，對(duì)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(jī)會(huì)，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(guò)程中由于染料溶液吸收光而導(dǎo)致的光能利用