电气石和硅藻土复合g-C3N4的制备及光催化性能研究

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石墨相氮化碳(g-C3N4)在可见光照射下具有光催化性能而受到广泛研究者的关注,希望通过其用于水污染的处理。通过光催化降解的方式,以一种安全有效的技术手段解决目前面临的水污染处理中污染物降解效率及催化剂难以回收的问题。本论文以三聚氰胺、电气石、硅藻土为原料,研究制备g-C3N4与电气石和硅藻土的复合材料,以期望制备出一种在可见光照射下具有较高光催化性能且易回收的复合光催化剂。制备了电气石/g-C3N4复合光催化材料、g-C3N4/硅藻土复合光催化材料、电气石/g-C3N4/硅藻土复合光催化材料三种复合光催化材料,三聚氰胺作为制备g-C3N4的原料,乙醇和甲醇作为分散剂,经过超声分散的纳米电气石粉为添加剂,硅藻土以不同的温度进行热处理,选择合适的温度(600℃)处理后进行酸处理除去有机杂质及金属氧化物杂质,得到的硅藻土作为负载剂,利用热聚合法一步制备复合光催化材料,通过对复合材料进行XRD、SEM、EDS、FI-IR、UV-vis、等手段表征分析复合材料的物相行为和显微形貌,设计并优化了复合材料的制备工艺参数,并进行光降解实验,通过PL、光电流、活性物质捕捉实验、BET的测试手段,分析探讨复合材料光催化降解的降解机理。通过对复合材料的物相分析,复合材料的XRD图谱的特征峰主要为g-C3N4的特征峰,添加的矿物有特征峰显示。通过FT-IR分析确定,矿物在复合材料的制备过程中并仍然保持原有的矿物的形貌特征和性质。SEM分析看到在电气石/g-C3N4复合材料中电气石附着在g-C3N4的表面,在电气石/g-C3N4复合材料包裹在硅藻土表面,形成的包裹结构有利于协同提高制备的复合材料的光催化降解性能。通过光降解实验,1%电气石/g-C3N4/5%硅藻土复合材料具有最佳的光催化降解性能,在电气石的自发极化特性和硅藻土多孔性的协同作用下,使得g-C3N4的光催化降解效率提高了2.6倍。分析其光催化降解机理为复合材料中活性物质超氧自由基(·O-)和空穴(h+)作用时间的增加在降解RhB过程起到关键作用。
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