【摘 要】
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随着社会的进步和科技的发展,来自化工厂、医院等源头的顽抗水环境的污染问题正威胁着人们的健康。众多高级氧化技术被应用于处理污水,其中光辅助下的类Fenton催化技术由于其显著的催化降解效果而被广泛关注。本论文以硫掺杂的g-C3N4(SCN)为研究对象,通过对该材料的表面进行设计与改良,并以其为基底合成具有多组分的复合催化剂,从而最大程度地减小硫掺杂的g-C3N4催化剂的缺陷,提高其催化性能。基于文献
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随着社会的进步和科技的发展,来自化工厂、医院等源头的顽抗水环境的污染问题正威胁着人们的健康。众多高级氧化技术被应用于处理污水,其中光辅助下的类Fenton催化技术由于其显著的催化降解效果而被广泛关注。本论文以硫掺杂的g-C3N4(SCN)为研究对象,通过对该材料的表面进行设计与改良,并以其为基底合成具有多组分的复合催化剂,从而最大程度地减小硫掺杂的g-C3N4催化剂的缺陷,提高其催化性能。基于文献调研,本论文设计了三个体系进行研究。论文第二章在没有模板的情况下,通过一步煅烧法制备了具有多孔结构的硫掺杂g-C3N4(P-SCN)。多种表征方法证实了硫元素的原位掺杂和多孔形貌的形成。通过调节NH4Cl与硫脲的重量比,合成了具有不同多孔结构的硫掺杂g-C3N4。当NH4Cl与硫脲的质量比是1:1时,形成的2P-SCN样品的比表面积是块状SCN的4倍。在存在过一硫酸盐(PMS)和可见光照射下,2P-SCN催化分解罗丹明B(Rh B)的活性最好,分别比g-C3N4和SCN提高约6.2倍和3.6倍。同时,2P-SCN在较宽的p H范围内仍保持较高的Rh B降解效率和稳定性,丰富的活性位点、更高的比表面积、高的光诱导电荷分离以及较高的可见光利用率是其具有高效催化性能的主要缘由。通过对比不同降解条件下不同催化剂对Rh B降解效率可知,PMS活化过程和光催化过程之间存在的协同作用有利于产生大量的自由基来降解Rh B。根据捕获剂实验探究和文献查阅,提出了多孔硫掺杂g-C3N4在可见光辅助下分解Rh B的反应机理。论文第三章将CoMoO4纳米粒子负载到硫掺杂的g-C3N4纳米片上,制备出CoMoO4/SCN负载型类Fenton催化剂。首先通过高温煅烧法和超声法合成了SCN纳米片,再通过溶胶凝胶法合成了CoMoO4的前驱体,最后将二者混合研磨经过高温煅烧制备出CoMoO4/SCN催化剂,并研究了该复合催化剂在可见光下活化PMS降解Rh B的催化性能。通过探究不同CoMoO4的负载量对SCN催化效率的影响,确定了CoMoO4的最优负载量为11%,该催化剂的催化速率是单独SCN和CoMoO4的70倍和1.7倍,说明CoMoO4和SCN的复合不仅有助于光生电子与空穴的分离,还实现了PMS的高效活化。通过捕获剂实验探究和文献查阅,可能的光辅助CoMoO4/SCN催化体系活化PMS降解Rh B的反应机理被提出。论文第四章利用单原子分散原理,将钴原子以配位的形式分散在SCN上制备出钴和硫共修饰的g-C3N4(Co-SCN)催化剂。采用乙醇为溶剂,通过浸渍法使钴原子高度分散于SCN纳米片上,再通过高温煅烧法将钴原子嵌入SCN基体,获得钴含量不同的Co-SCN复合催化剂,而且对不同样品开展了催化活性测试。相较于单独的SCN,复合材料的催化活性大大提高,其中2Co-SCN表现出最优的催化降解性能,其催化速率是单一g-C3N4和SCN的79倍和46倍。同时,2Co-SCN的催化性能也优于钴掺杂的g-C3N4。对比各样品在不同的降解条件中的催化降解情况可知,类Fenton过程和光催化过程之间具有协同作用。基于捕获剂实验探究和文献调研结果,提出了该复合催化剂在可见光辐射下活化PMS降解Rh B的催化反应机理。循环实验证明其稳定性较好。本论文在具有可见光响应的类Fenton催化剂的基础上,针对块状SCN的催化性能不足,以改善硫掺杂g-C3N4催化剂的催化降解性能为目标,通过对催化剂的形貌和结构的调控,制备了三种新型的可见光响应型类Fenton催化剂,并利用它们在可见光辐射下活化PMS分解有机污染物。这些催化剂具有较好的稳定性、较高的催化活性等优点,为硫掺杂g-C3N4多相催化剂在光辅助类Fenton催化领域的应用给出一些新的研究思路和数据。
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