g-C3N4的改性及其光催化還原水中六價鉻的性能研究.pdf

1、近年來，六價鉻的污染事件在我國時有發(fā)生，給當?shù)厝藗兩钤斐闪撕艽蟮睦_。光催化技術(shù)由于具有經(jīng)濟、有效和環(huán)保的優(yōu)點，被認為是一種很有應用前景的處理低濃度六價鉻廢水的新方法。然而，由于大多數(shù)半導體材料本身有毒、帶隙值較寬、可見光催化效率低等原因從而限制了其工業(yè)化應用，石墨相氮化碳(g-C3N4)這種半導體材料，無毒、帶隙值(2.7eV)小、在可見光區(qū)具有較好的吸光能力，但是g-C3N4比表面積較小，光生電子和空穴復合速率較快，光催化活性不夠

2、高。本論文針對以上問題對g-C3N4進行改性來提高其光催化還原六價鉻的活性。已經(jīng)完成的內(nèi)容如下:
　　1、首先以三聚氰胺為原料，在580℃加熱2h制備出g-C3N4，然后將g-C3N4置于NaOH稀溶液中進行水熱處理，通過控制NaOH濃度、水熱處理的溫度和時間得到一系列改性的g-C3N4產(chǎn)物。采用X-射線衍射儀（XRD）、傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜(FTIR)、X-射線光電子能譜(XPS)、場發(fā)射掃描電鏡(SEM)、高分辨透射電鏡(HRT

3、EM)測定了產(chǎn)物的組成與結(jié)構(gòu)。采用氮氣吸附脫附測試了產(chǎn)物的比表面積以及孔徑結(jié)構(gòu)。采用紫外-可見漫反射光譜(UV-visDRS)和熒光光譜(PL)測試了產(chǎn)物的光學性能。采用電化學阻抗(EIS)和光電流測試了產(chǎn)物的光電化學性能。將g-C3N4和不同條件下水熱處理得到的產(chǎn)物對50mg/L的六價鉻溶液進行暗吸附以及光催化還原實驗。實驗結(jié)果表明:(1)g-C3N4經(jīng)NaOH溶液水熱處理后，顆粒尺寸變小，比表面積變大，孔體積變大;(2)在水熱處理溫

4、度為80℃，水熱處理時間為6h，NaOH溶液濃度為0.2mol/L時，得到的改性產(chǎn)物光催化還原六價鉻的活性最高;(3)溫度從80℃升高到120℃，得到的改性產(chǎn)物光催化還原六價鉻的速率逐漸增大，當溫度從120℃升高到140℃，光催化還原六價鉻的速率開始減小，這說明120℃為最佳水熱處理溫度;(4)水熱處理時間越長，得到的改性產(chǎn)物光催化還原六價鉻的活性越高。
　　2、首先以三聚氰胺為原料在560℃加熱3h得到g-C3N4，再將g-C3

5、N4用純水作為溶劑進行水熱處理，在140℃、160℃、180℃和190℃下制備出一系列改性材料(g-C3N4-H140、g-C3N4-H160、g-C3N4-H180和g-C3N4-H190)。通過XRD、FTIR、XPS、TEM測定了產(chǎn)物的組成、形貌以及結(jié)構(gòu)。通過氮氣吸附脫附測試了產(chǎn)物的比表面積以及孔徑結(jié)構(gòu)。通過UV-vis DRS和PL對產(chǎn)物的光學性能進行測試。通過光電流、EIS和Zeta電位測試了產(chǎn)物的電化學性能以及表面荷電情況。

6、考察了g-C3N4、 g-C3N4-H140、g-C3N4-H160、g-C3N4-H180和g-C3N4-H190對水中六價鉻的暗吸附以及光催化還原六價鉻的性能。研究了六價鉻溶液的初始pH值對g-C3N4-H190光催化還原六價鉻活性的影響。實驗結(jié)果表明:(1)g-C3N4經(jīng)過水熱處理后，其顆粒變小，比表面積變大，表面荷電由負逐漸變正，材料表面的光生電荷分離和傳輸速率增加;(2)水熱處理溫度越高，改性產(chǎn)物光催化還原六價鉻活性越高;(3

7、)六價鉻溶液的初始pH值從7減小到3，g-C3N4-H190對六價鉻的光催化還原速率在逐漸增大，而pH值從3減小到1，g-C3N4-H190對六價鉻的光催化還原速率反而降低，這說明3為最佳pH值。(4)光催化后，六價鉻被還原為三價鉻。
　　3、首先以三聚氰胺為原料在580℃加熱3h得到g-C3N4，再將g-C3N4與不同用量的SnCl4.5H2O在180℃水熱處理5h，得到一系列不同組分比例的g-C3N4/SnO2復合材料(g-C

8、3N4/SnO2-1、g-C3N4/SnO2-2、g-C3N4/SnO2-3)。采用XRD、TG、FTIR、TEM、HRTEM、XPS等方法測定了產(chǎn)物的組成、各組分含量和結(jié)構(gòu)。通過氮氣吸附脫附等溫線測試了產(chǎn)物的比表面積以及孔徑結(jié)構(gòu)。采用UV-vis DRS和PL測試了產(chǎn)物的光學性能。采用EIS測試了產(chǎn)物的電化學性能。比較了所有產(chǎn)物對六價鉻的暗吸附以及光催化還原六價鉻活性大小。結(jié)果表明:(1) SnO2在可見光區(qū)并無吸光能力，g-C3N4