随着水体环境中芳香烃类有机物污染日益加剧,水生生态系统的安全受到了严重威胁,也影响到了人类的安全和健康。光催化污水处理技术因能够直接利用太阳能转化为化学能,达到降解和矿化环境中有机污染物的目的,而且不产生二次污染而受到科学研究者的重点关注。石墨相氮化碳（g-C₃N₄）因具有独特的能带电子结构、强大的化学稳定性、优异的可见光吸收范围而成为二氧化钛替代型半导体光催化材料,而负载型杂多酸在保留杂多酸原有强氧化性的同时可有效提高体相杂多酸的比表面积且易于分离回收。本篇硕士学位论文将g-C₃N₄与SiO₂或TiO₂负载型Keggin结构杂多酸(H₃PW₁₂O₄₀)复合,致力于设计制备具有较大比表面积和光生载流子分离效率高的SiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄和TiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄复合光催化剂,并采用X?射线粉末衍射（XRD）、X?射线光电子能谱（XPS）、紫外?可见漫反射（UV?Vis/DRS）、氮气吸附孔隙率分析和透射电子显微镜（TEM）等先进的表征手段,对所制备催化剂的结构、光吸收性质、表面物理化学性质和形貌进行了表征。选取甲苯和间二甲苯为目标污染物,系统研究了SiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄和TiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄在模拟太阳光照射下对水中芳香烃类污染物的降解、矿化和循环使用等性能。此外,采用光电化学实验和自由基捕获等手段,对SiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄和TiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄的光催化降解机理进行了研究。本篇论文的具体研究内容概括如下。1.SiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄复合光催化剂的制备、表征及光催化性能研究采用溶胶-凝胶技术,正硅酸乙酯为硅源,通过调节H₃PW₁₂O₄₀担载量,成功制备了不同多酸担载量的SiO₂/PW₁₂溶胶;将SiO₂/PW₁₂溶胶与热缩合?盐酸水热法制得的超薄g-C₃N₄纳米片复合,成功获得了H₃PW₁₂O₄₀担载量分别为2.2%、4.5%和6.2%的SiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄复合光催化剂。在复合催化剂中,g-C₃N₄的晶相结构和H₃PW₁₂O₄₀的Keggin结构保留不变;由于模板剂的作用,SiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄具有较g-C₃N₄更大的比表面积;SiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄的带隙能（E_g）在2.76?2.83 eV之间。选取甲苯和间二甲苯为目标污染物,在模拟太阳光（320 nm（27）?（27）680 nm）照射下,考察了SiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄降解水中有机污染物的性能。结果表明,SiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄对两个目标降解反应的光催化活性优于纯g-C₃N₄;当H₃PW₁₂O₄₀担载量为4.5%时,SiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄-4.5表现出最佳的光催化降解甲苯和间二甲苯的活性,模拟太阳光照120 min后,水中甲苯和间二甲苯的去除率分别为99%和97%。SiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄还具有良好的矿化能力,并在光催化降解水中甲苯的五次循环实验中活性基本保持不变,呈现优异的循环使用性能。根据光电化学实验和自由基捕获实验结果,提出了SiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄光催化降解水中芳香烃类有机污染物的机理,并合理解释了其增强的光催化活性的原因。首先,SiO₂的引入使得催化剂具有良好的介孔结构和增大的BET比表面积,为光催化降解污染物提供了更充分的光催化反应活性位置。其次,H₃PW₁₂O₄₀与g-C₃N₄通过酸碱作用紧密相连,促使光生载流子得到有效分离,快速迁移至表面参与光催化反应,延长了被激发的电子和空穴的分离时间。最后,SiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄复合材料中光生载流子的迁移遵循Z-scheme机理,能够产生除超氧自由基（·O₂^-）以外的空穴(h⁺_VB)和具有更强氧化性化学性质的羟基自由基（·OH）,因此,更有利于水中芳香烃类污染物的快速去除。2.TiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄复合光催化剂的制备、表征及光催化性能研究在热缩合?盐酸水热法制得超薄g-C₃N₄纳米片的基础上,采用水热法（HT）或蒸发诱导自组装法（EISA）,以P123为模板剂,四异丙氧基钛为钛源,通过调节H₃PW₁₂O₄₀担载量,成功制备了一系列TiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄复合光催化剂。在以上两种方法制得的TiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄光催化剂中,g-C₃N₄的晶相结构和H₃PW₁₂O₄₀的Keggin结构保留不变,复合催化剂呈现纳米粒子堆积的形貌;EISA法制得的复合光催化剂中,TiO₂为锐钛矿晶相结构;复合光催化剂的比表面积在204?252 m² g^?1之间;TiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄的带隙能（E_g）在2.71?2.84 eV之间。与EISA法相比,HT法制得的复合光催化剂中锐钛矿TiO₂的结晶度更高,比表面积略小(165 m² g^?1),带隙能略低（2.67 eV）。选取甲苯和间二甲苯为目标污染物,在模拟太阳光（320 nm（27）?（27）680 nm）照射下,考察了TiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄降解水中有机污染物的性能。结果表明,TiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄的光催化活性优于TiO₂/PW₁₂及纯TiO₂或g-C₃N₄;HT法制备的h-TiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄表现出最高的光催化降解甲苯和间二甲苯的活性,在模拟太阳光照射下,完全降解水中甲苯和间二甲苯分别仅需90和60 min。同时,h-TiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄-15.5具有良好的矿化能力,且在光催化降解甲苯的五次循环实验中活性基本保持不变,呈现优异的循环使用性能。根据光电化学实验和表征结果,提出了h-TiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄光催化降解活性提高的原因,即h-TiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄优异的光催化活性归因于其良好的锐钛矿晶型、适宜的多酸担载量、较大的比表面积以及快速的光生载流子分离能力。自由基和空穴捕获实验表明,·O₂^?、·OH和h⁺_VB均为h-TiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄光催化降解水中甲苯和间二甲苯体系中的主要活性物种,并据此提出了h-TiO₂/PW₁₂/g-C₃N₄光催化降解水中甲苯和间二甲苯的机理。