BiPO4和g-C3N4的改性及对几种PPCPs的光催化降解与机理研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dai841012
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,随着人们生活水平的不断提升,大量的药品及个人护理品(PPCPs)被人们使用,使其在河水、湖泊水、饮用水、地下水和污水处理厂出水等各类环境水体中被频繁检出。PPCPs长期存在于水环境中,会对生态系统和人体健康造成潜在危害。近年来,光催化高级氧化技术因具有清洁、环保和能利用太阳能等优势而被广泛应用于水中有机污染物的去除。在光催化剂研究中,BiPO4和g-C3N4光催化剂因具备优异的光催化特性而被广泛研究;然而,不足的是,BiPO4只具有深紫外光响应且不能较好地分离光生载流子,而g-C3N4的可见光利用率较低且光生载流子复合效率高,这在一定程度上限制了它们在降解环境污染物方面的应用。本文拟通过碳量子点(CDs)复合BiPO4、g-C3N4联合过硫酸盐(PDS)、构造氧掺杂g-C3N4(OCN)和CDs复合OCN来对这两种半导体光催化剂进行修饰改性以提升它们的光催化活性,并将这些材料应用于水体中几种典型PPCPs的降解中,主要研究内容及结果归纳如下:(1)通过简单的水热煅烧合成方法,成功地合成了新型的CDs/BiPO4复合光催化剂(CDBP)。采用X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)和傅立叶红外光谱(FT-IR)等表征技术对催化剂的理化性质进行研究。在模拟太阳光光照下,随着碳点浓度的增加,CDBP光催化降解吲哚美辛(IDM)的活性先升高后降低。当CDs含量为3.0wt%时,其光催化活性是原BiPO4的12倍。通过猝灭实验研究发现,超氧自由基(·O2-)和光生空穴(h+)是IDM光催化降解过程中的两种主要活性物种。通过电子自旋共振光谱(EPR)观察到5,5-二甲基-1-吡咯烷酮-N-氧基(DMPOX)的显著信号,表明在模拟太阳光光照条件下,CDBP的氧化性高于原始BiPO4,这是由较高的电荷分离和CDs独特的上转换PL特性所导致的。同时,用高效液相色谱质谱(HPLC-MS/MS)和气相色谱-质谱(GC-MS)对IDM的中间产物进行检测,并进一步对IDM的降解路径进行了推导。(2)以二聚氰胺为前驱体合成光催化剂g-C3N4,通过TEM、XRD和UV-vis DRS等技术对g-C3N4材料的形貌结构和光学性能进行表征。在g-C3N4光催化降解磺胺二甲嘧啶(SMZ)过程中,加入过硫酸盐(PDS)并对其联合效果进行研究,结果表明,PDS加快了g-C3N4对SMZ的光催化降解速率;通过荧光测试,表明了PDS能够使g-C3N4的光生h+与光生e-有效地进行分离,从而使其光催化性能得到加强;实验同时研究了PDS/g-C3N4体系对SMZ光催化降解的影响机制。研究表明,SMZ的光催化降解反应符合准一级动力学规律,酸性环境下有利于SMZ的降解;使用草酸钠作为光生h+捕获剂,检测到h+存在于PDS/g-C3N4光催化体系中,并计算得出h+的贡献率为65.9%,表明h+在降解中起到主要作用;TOC检测表明,加入PDS有助于SMZ的矿化。(3)聚合物光催化剂由于其成本低和结构可控等优点而具有理想的应用前景。通过一步法制备了一种非金属、多孔、具有低结晶度和氮空位高效稳定的氧和氮连接的庚嗪基氮化碳有机聚合物(OCN)光催化剂。在对几种典型PPCP的光催化降解中,OCN与g-C3N4相比表现出更加优异的光催化性能。进一步研究发现,由于氧原子和氮空位的引入,导致光生载流子的导带下移,结晶度降低和光生载流子复合效率下降,不仅大幅度提高了材料的光催化活性,而且使PPCPs更容易在活性物质的诱导下发生降解。通过EPR活性物种鉴定、H2O2浓度检测以及猝灭实验等研究了OCN系统中羟基自由基(·OH)的生成机理。C-O-C键可以与H2O2形成氢键,以促进·OH的催化生成。·OH、·O2-1O2(通过ESR检测)的存在表明OCN聚合物具备较好的氧化性,可用于降解有机污染物,同时揭示了其对药物IDM的降解机理。(4)通过一个简单的过程成功构建了广谱光催化CDs/OCN复合材料,使H2O2和·O2-的合成效率大大提升,进而显著提升了其光催化活性。当在可见光下测试双氯芬酸(DCF)的光催化降解时,CDs/OCN复合物显示比OCN更强的催化活性,是纯g-C3N4的11.6倍。通过光电化学特征研究发现,CDs/OCN的电子空穴分离效率高于OCN,这是由于CDs具有良好的转移电子特性。通过H2O2的浓度检测,CDs/OCN生成H2O2的产率高于g-C3N4和OCN。同时,电子顺磁共振(EPR)显示,CDs/OCN系统可产生更多的·O2-和·OH。密度泛函理论(DFT)和拉曼光谱分析表明,CDs/OCN存在双活性位点,这是因为一方面O2在OCN上更倾向于2-电子还原形成H2O2,另一方面OCN额外的e-转移到CDs表面进而还原氧形成·O2-。通过超高分辨液相色谱质谱仪检测了降解过程中DCF的产物,同时推导了降解路径,并进一步阐述DCF的光催化降解机理。
其他文献
新高考改革最大的变化在于提高了学生选科的自主性,可是在首批试点的“3+3”模式下,物理选考问题却十分严重。为此各方都在积极寻求解决办法,比如教育部于2018年初出台了物理
在我国的担保法领域,担保一直贯彻着严格的从属性即其不能脱离主债权而单独存在,这种从属性的担保模式在市场经济不那么发达的时候尚能切实的保护债权人的利益,但是在市场经
法治是人类文明演进中逐步形成的先进的国家治理方式,随着我国社会主义法治建设的不断推进,如何引导公民树立法治意识、增强法治观念,日益成为国家、社会共同关注重点。高中生是国家的未来和希望,提高学生的法治意识是法治国家建设的灵魂。高中政治课作为学生法治意识培育的主渠道,肩负着培育高中生法治意识及实现思想政治学科核心素养教育目标的重任。本文坚持辩证唯物主义和历史唯物主义根本方法,具体采用文献研究法、问卷调
长龙管道公司是一家从事油套管生产的民营企业,公司自2016年成立以来,随着规模逐渐扩大,面临的市场竞争日益激烈。作为一家新创企业,公司领导深刻认识到,要在激烈竞争中生存和发展,产品质量起着至关重要的作用。本文以长龙管道公司的主要产品油套管质量作为研究对象,综合运用文献研究法、实证研究法以及定性和定量相结合的方法,分析油套管防腐涂层的质量现状,发现主要质量缺陷及其产生的原因,并提出涂层质量提升方法。
近年来,由于证监会再融资新规的颁布,上市公司再融资的门槛逐渐提高,企业的再融资方式也随之转变。A股市场2017年的股权再融资规模较2016年收缩了四分之一,从1.71万亿元降至1.28万亿元。就案例数而言,2017年定增及配股公司家数为547家,较2016年缩减了三分之一。但2017年发行可转换债券的公司数达到有史以来最高的一年,可转换债券的融资规模对比以前年度也有很大程度上的增加。配股、定增等融
高速公路隧道病害发展状况严重,如不能及时进行隧道检测并采取相应治理措施,将对高速公路的安全运营造成极大的影响。文章对高速公路隧道检测的目的、内容及评定标准进行阐述,通
以马铃薯栽培品种春薯4号试管苗叶片为材料进行植株再生诱导试验.结果表明,诱导叶片愈伤组织成苗的较佳培养基为MS+NAA 0.1mg/L+BA 2.0mg/L+GA3 10mg/L+LH 500mg/L.强光、低