载钴介孔石墨相氮化碳的制备及其可见光催化性能研究

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本论文通过硬模板法制备了介孔石墨相氮化碳(mesoporous graphitic carbon nitride, mpg-C3N4),并采用浸渍法制备载钴mpg-C3N4可见光催化剂。采用XRD、FI-IR、TEM、N2吸附-脱附及XPS等手段对催化剂的晶型组成、表面形貌、比表面积以及金属钴的价态进行了表征。使用UV-VIS DRS和电化学测试分析载钴mpg-C3N4的光吸收和光电流特性。以亚甲基蓝(methylene blue, MB)和双酚A (bisphenol A, BPA)为目标污染物对载钴mpg-C3N4的可见光催化活性进行考察。主要结论如下:钴的引入对mpg-C3N4的晶型组成和化学结构没有影响:载钻rnpg-C3N4仍保持较好的介孔结构、比表面积为208.1m2/g;浸渍在mpg-C3N4上的钴以C0304形式存在;载钴mpg-C3N4表面的C0304拓宽了]mpg-C3N4的可见光吸收区域且有效地促进光生电子和空穴的分离。负载钴后,mpg-C3N4的光催化性能明显提高。钴负载量为3%、浸渍后焙烧温度200℃条件下制备的载钴mpg-C3N4的光催化降解MB的活性最高;重复使用三次后,载钴rnpg-C3N4仍能保持较高的光催化活性:捕获实验结果表明,载钴mpg-C3N4催化降解MB的活性物质主要是空穴和羟基自由基。载钻mpg-C3N4光催化活性的提高主要是由于C0304和mpg-C3N4具有匹配的能带位置,有效地促进了光生电子和空穴的分离。载钴mpg-C3N4光催化降解BPA的实验结果表明,载钴mpg-C3N4对BPA同样显示出优异的降解性能;载钴量为1.5%时,对BPA的降解率最高。载钴mpg-C3N4在pH值3.01-10.05的范围内仍能保持高效的光催化活性;总有机碳(TOC)分析显示,载钻mpg-C3N4对BPA有矿化作用,可见光照射3h后矿化率达80%。
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