半導(dǎo)體（金屬氧化物、氮化碳）基復(fù)合材料的制備及其吸附-光催化性能研究.pdf

1、吸附因其廉價、簡潔、高效、穩(wěn)定以及可再生等優(yōu)點，是工業(yè)廢水處理領(lǐng)域的重要技術(shù)之一。而光催化技術(shù)可以有效地將有機(jī)污染物降解轉(zhuǎn)化為CO2、H2O等無機(jī)小分子，已成為廢水處理領(lǐng)域最有前景的綠色技術(shù)。本論文制備了兩種金屬氧化物二氧化鈦（TiO2）基復(fù)合材料、五種非金屬石墨相氮化碳（g-C3N4）基復(fù)合材料和兩種金屬氧化物氧化鎳（NiO）基復(fù)合材料；采用傅立葉變換紅外（FI-IR）、紫外-可見光光度計（UV-Vis）、X-射線衍射（XRD）、拉曼

2、光譜（Raman）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、高分辨率透射電鏡（HRTEM）、選區(qū)域電子衍射（SAED）和 X射線光電子能譜（XPS）等手段，對所制備樣品的形貌、組成、晶相結(jié)構(gòu)、光電性能、熱穩(wěn)定性及表面性質(zhì)等進(jìn)行測試分析，詳細(xì)討論了所制備材料對有機(jī)廢水處理過程，具體研究內(nèi)容如下：
　　1．TiO2基復(fù)合材料的制備及可見光催化性能研究
　?。?）采用改進(jìn)的Hummers法，制備了系列不同氧化度的氧化石墨烯（GO）

3、，并研究了不同氧化度對二氧化鈦-石墨烯光催化劑（TGPPC）光催化活性的影響。光催化降解實驗表明，當(dāng)GO含量為20％、反應(yīng)時間為100 min時，TGPPC對亞甲基藍(lán)（MB）的降解率可達(dá)98.8%。動力學(xué)研究表明，降解過程符合一階動力學(xué)模型。該研究結(jié)果顯示，所制備TGPPC材料在處理含MB廢水中，具有潛在的應(yīng)用前景。
　?。?）采用沉積-沉淀法，配合后續(xù)高溫煅燒，制備了一系列Ag-AgBr/TiO2-graphene（AATG）復(fù)

4、合催化劑。XRD和XPS測試結(jié)果表明，Ag+在可見光下可還原為單質(zhì)銀。系統(tǒng)研究了AATG復(fù)合催化劑降解聚丙烯酰胺（PAM）的光催化活性，并對光催化降解條件如二氧化鈦與石墨烯的質(zhì)量比、催化劑量、pH以及時間等因素對聚丙烯酰胺降解性能的影響，同時對降解路徑與機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，AATG復(fù)合催化劑在75 min內(nèi)對PAM的降解率可達(dá)90.9%，遠(yuǎn)高于純TiO2；且易于從體系中分離、具有優(yōu)異的可重復(fù)利用性。
　　2．g-C3N4基復(fù)

5、合材料的制備及可見光催化性能研究
　?。?）以尿素為發(fā)泡劑，在氮氣保護(hù)下，經(jīng)高溫煅燒二氰二胺，制得了多孔g-C3N4（PGCN）材料。TEM和BET結(jié)果表明，孔狀結(jié)構(gòu)g-C3N4的比表面隨尿素含量的增大而增大，實現(xiàn)了g-C3N4形貌結(jié)構(gòu)多孔化的可控制備。為進(jìn)一步提高其光催化活性，進(jìn)一步制備了鑭（La）摻雜PGCN復(fù)合材料。以苯酚有機(jī)分子為目標(biāo)降解物，光催化降解實驗結(jié)果表明，La-5/PGCN-50樣品在50 min內(nèi)對苯酚的降解率

6、可達(dá)98.6%。一階動力學(xué)模擬結(jié)果表明，La-5/PGCN-50具有比PGCN-50高出2.96倍的反應(yīng)速率。
　?。?）制備了鎢（W）摻雜改性多孔g-C3N4（PGCN）的可見光催化復(fù)合材料（W/PGCN）。XRD和XPS測試結(jié)果表明，W元素以W6+形式摻雜于PGCN之中；光催化降解結(jié)果表明，適量添加H2O2到體系中，可顯著提高甲基橙（MO）的光催化降解反應(yīng)速率，且在優(yōu)化條件下，W-5/PGCN-50對MO的降解率可高達(dá)99.6

7、%。
　?。?）采用水熱法，制備Bi2S3/g-C3N4光催化劑復(fù)合材料；采用可見光照射下對羅丹明B（RhB）的光降解，評價Bi2S3/g-C3N4的光催化活性。相對于單一的g-C3N4，Bi2S3/g-C3N4材料的光催化活性得到了顯著的提高，其光催化效率是 g-C3N4的3.68倍，這主要是由于 Bi2S3與g-C3N4的耦合，解決了電子-空穴復(fù)合和光響應(yīng)范圍窄引起光催化效率低的問題?；趦烧呓M分能帶位置的關(guān)系，提出了Bi2S

8、3/g-C3N4材料光催化性能提高的機(jī)理和構(gòu)效。
　?。?）通過超聲剝離g-C3N4，制備了單層g-C3N4（SL g-C3N4）；采用水熱法，制備了不同含量 CdS的 CdS/SL g-C3N4和 CdS/g-C3N4兩個系列材料。TEM和DRS結(jié)果表明，經(jīng)剝離后的SL g-C3N4呈現(xiàn)出獨立的片狀結(jié)構(gòu)，且 SL g-C3N4與CdS耦合后，能帶可從2.7降低至2.3 eV。光催化降解實驗表明，當(dāng)CdS含量為33.3%時，CdS

9、/SL g-C3N4樣品具有最高的光催化活性，在120 min內(nèi)，對RhB的降解率可高達(dá)99.55%。
　?。?）以孔狀 g-C3N4（pg-C3N4）為載體，采用氧化銀（Ag2O）改性氧化鋅（ZnO），制備了ZnO-Ag2O/pg-C3N4三元復(fù)合催化劑。DRS和PL結(jié)果表明，復(fù)合后的ZnO-Ag2O/pg-C3N4材料，具有較窄的帶隙能及更快的光生電子流的分離速率。降解抗生素環(huán)丙沙星（CIP）結(jié)果表明，三元復(fù)合催化劑比ZnO、

10、pg-C3N4、Ag2O以及ZnO-Ag2O具有更高的光催化活性，在48 min內(nèi)，降解率可達(dá)97.4%。
　　3．NiO基復(fù)合材料的制備及吸附/光催化性能研究
　?。?）以醋酸鎳為鎳源、尿素為沉淀劑及PEG-200為模板劑，采用水熱法，制備了一系列不同質(zhì)量比的NiO/graphene納米片吸附劑(NiO/graphene nanosheets adsorbent，NGNS)。通過對剛果紅（CR）有機(jī)染料的吸附，評價了NGN

11、S的吸附性能。結(jié)果表明，當(dāng)石墨烯含量為2.64%時，吸附劑（NGNS-5）對CR的吸附率可高達(dá)99.56%；其動力學(xué)過程符合pseudo second-order kinetic模型，等溫吸附過程符合Redlich-Peterson等溫吸附模型。循環(huán)實驗結(jié)果表明，NGNS納米片吸附劑可以有效便捷地從體系中分離并保持較好的穩(wěn)定性，說明所制備的NGNS材料，在含有CR偶氮染料的廢水治理中具有一定的應(yīng)用前景。
　?。?）通過簡易的水熱反