半導體（金屬氧化物、氮化碳）基復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、穩定以及可再生等優點，是工業廢水處理領域的重要技術之一。而光催化技術可以有效地將有機污染物降解轉化為CO2、H2O等無機小分子，已成為廢水處理領域最有前景的綠色技術。本論文制備了兩種金屬氧化物二氧化鈦（TiO2）基復合材料、五種非金屬石墨相氮化碳（g-C3N4）基復合材料和兩種金屬氧化物氧化鎳（NiO）基復合材料；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、晶相結構、光電性能、熱穩定性及表面性質等進行測試分析，詳細討論了所制備材料對有機廢水處理過程，具體研究內容如下：
　　1．TiO2基復合材料的制備及可見光催化性能研究
　?。?）采用改進的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GO含量為20％、反應時間為100 min時，TGPPC對亞甲基藍（MB）的降解率可達98.8%。動力學研究表明，降解過程符合一階動力學模型。該研究結果顯示，所制備TGPPC材料在處理含MB廢水中，具有潛在的應用前景。
　?。?）采用沉積-沉淀法，配合后續高溫煅燒，制備了一系列Ag-AgBr/TiO2-graphene（AATG）復

4、合催化劑。XRD和XPS測試結果表明，Ag+在可見光下可還原為單質銀。系統研究了AATG復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理進行了分析。結果表明，AATG復合催化劑在75 min內對PAM的降解率可達90.9%，遠高于純TiO2；且易于從體系中分離、具有優異的可重復利用性。
　　2．g-C3N4基復

5、合材料的制備及可見光催化性能研究
　?。?）以尿素為發泡劑，在氮氣保護下，經高溫煅燒二氰二胺，制得了多孔g-C3N4（PGCN）材料。TEM和BET結果表明，孔狀結構g-C3N4的比表面隨尿素含量的增大而增大，實現了g-C3N4形貌結構多孔化的可控制備。為進一步提高其光催化活性，進一步制備了鑭（La）摻雜PGCN復合材料。以苯酚有機分子為目標降解物，光催化降解實驗結果表明，La-5/PGCN-50樣品在50 min內對苯酚的降解率

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

7、%。
　?。?）采用水熱法，制備Bi2S3/g-C3N4光催化劑復合材料；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-空穴復合和光響應范圍窄引起光催化效率低的問題?；趦烧呓M分能帶位置的關系，提出了Bi2S

8、3/g-C3N4材料光催化性能提高的機理和構效。
　?。?）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結果表明，經剝離后的SL g-C3N4呈現出獨立的片狀結構，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，對RhB的降解率可高達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-C3N4三元復合催化劑。DRS和PL結果表明，復合后的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。降解抗生素環丙沙星（CIP）結果表明，三元復合催化劑比ZnO、

10、pg-C3N4、Ag2O以及ZnO-Ag2O具有更高的光催化活性，在48 min內，降解率可達97.4%。
　　3．NiO基復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）有機染料的吸附，評價了NGN

11、S的吸附性能。結果表明，當石墨烯含量為2.64%時，吸附劑（NGNS-5）對CR的吸附率可高達99.56%；其動力學過程符合pseudo second-order kinetic模型，等溫吸附過程符合Redlich-Peterson等溫吸附模型。循環實驗結果表明，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用前景。
　?。?）通過簡易的水熱反