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【6h】

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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摘要

1 绪论

1.1 半导体光催化的原理

1.2 影响光催化活性的内因

1.2.1 半导体的能带位置

1.2.2 光生电子和空穴的分离与捕获

1.2.3 晶体结构

1.2.4 晶格缺陷

1.2.5 比表面积

1.2.6 半导体粒径尺寸

1.3 可见光催化剂

1.3.1 TiO2改性光催化剂

1.3.2 铋系光催化剂

1.3.3 新型催化剂石墨相氮化碳

1.4 可见光催化剂的改性

1.4.1 非金属掺杂

1.4.2 贵金属沉积

1.4.3 光敏化

1.4.4 半导体复合

1.5 不同形貌催化剂的制备方法

1.5.1 溶剂热法

1.5.2 软模板法

1.5.3 硬模板法

1.5.4 其他方法

1.6 本课题研究的内容

2 实验部分

2.1 实验试剂及仪器

2.2 实验方法

2.2.1 介孔石墨相氮化碳的制备

2.2.2 载钴介孔石墨相氮化碳的制备

2.3 表征方法

2.3.1 X射线衍射(XRD)

2.3.2 高分辨透射电镜(HRTEM)

2.3.3 N2吸附-脱附

2.3.4 X射线光电子能谱(XPS)

2.3.5 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)

2.3.6 紫外-可见漫反射光谱(Uv-VIS DRS)

2.3.7 元素分析仪

2.3.8 光电化学测试

2.4 催化剂的光催化性能分析

2.4.1 光催化反应实验流程及装置

2.4.2 目标污染物的选取及分析方法

2.4.3 光催化反应动力学的确定

2.5 回收重复利用性能测试方法

3 载钴mpg-C3N4的制备及表征

3.1 载钴mpg-C3N4的制备

3.1.1 mpg-C3N4的制备

3.1.2 载钴mpg-C3N4的制备

3.2 结构表征

3.2.1 X射线衍射分析(XRD)

3.2.2 傅里叶红外光谱(FT-IR)

3.3 形貌表征

3.3.1 透射电镜分析(HRTEM)

3.3.2 N2吸附-脱附分析

3.4 元素分析

3.5 X射线能谱分析(XPS)

3.6 光吸收及光电化学性能分析

3.6.1 紫外漫反射光谱(UV-VIS DRS)

3.6.2 光电化学测试

3.7 本章小结

4 载钴mpg-C3N4光催化性能研究

4.1 载钴mpg-C3N4光催化降解MB性能分析

4.1.1 不同钴负载量对MB光催化降解的影响

4.1.2 焙烧温度对光催化降解MB的影响

4.1.3 催化剂的重复使用对光催化降解MB的影响

4.1.4 降解MB机理的初探

4.2 载钴mpg-C3N4光催化降解BPA性能分析

4.2.1 不同钻负载量对BPA光催化降解的影响

4.2.2 mpg-C3N4和载钴mpg-C3N4的光催化活性对比

4.2.3 溶液初始pH值对BPA光催化降解的影响

4.2.4 TOC分析

4.3 本章小结

5 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

致谢

参考文献

附录

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摘要

本论文通过硬模板法制备了介孔石墨相氮化碳(mesoporousgraphiticcarbonnitride,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-VISDRS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(methyleneblue,MB)和双酚A(bisphenolA,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;载钴mpg-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Co3O4形式存在;载钴mpg-C3N4表面的Co3O4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mpg-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。载钴mpg-C3N4光催化活性的提高主要是由于Co3O4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,载钴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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