環(huán)境污染與能源危機(jī)已經(jīng)成為人類亟待解決的問題。光催化作為一種高效、低能耗的技術(shù),能很好地解決環(huán)境與能源問題。光催化技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵是制備性能優(yōu)異的光催化劑。然而,傳統(tǒng)的半導(dǎo)體光催化劑存在太陽能利用率低,穩(wěn)定性差等諸多問題,難以大規(guī)模應(yīng)用。因此,探索具有可見光響應(yīng)且穩(wěn)定性良好的光催化劑,成為研究的熱點(diǎn)。石墨相氮化碳(g-C_3N_4)擁有較窄的能帶隙,且制備原料廉價(jià)、過程簡單,在催化領(lǐng)域逐漸引起人們的關(guān)注。但粉狀催化劑在使用中存在分散性差、易團(tuán)聚和重復(fù)利用率低等問題,限制了粉體催化劑的應(yīng)用。為了解決上述問題,本文設(shè)計(jì)合成了碳纖維布負(fù)載氮化碳納米(CFs/C_3N_4)材料,旨在提高g-C_3N_4的重復(fù)利用率,解決粉體回收困難等問題。本文選擇了將基材和前驅(qū)體高溫煅燒的方法來負(fù)載g-C_3N_4,并選用了柔軟可折疊、比表面積大、吸附效果好的碳纖維為基材,主要工作內(nèi)容如下:第一部分:以尿素為前驅(qū)體,碳纖維為基底,通過高溫常壓(550°C,100 KPa)燒結(jié)法制備具有光催化活性的CFs/C_3N_4片。首先在碳纖維上先包覆一層尿素固體,然后放入坩堝內(nèi)加蓋與尿素粉末550°C煅燒3 h得到樣品。研究表明,在碳纖維上所生長的g-C_3N_4具有納米級(jí)(500-800nm)片層結(jié)構(gòu),同時(shí)在大的片層上堆積有尺寸更小的g-c3n4碎片,包覆效果較好。光學(xué)性質(zhì)表明cfs/c3n4片吸收帶邊緣在450nm左右,具有可見光響應(yīng)。此外,檢測了cfs/c3n4片催化降解性能,在可見光照射(λ400nm)100分鐘后,對羅丹明b(rhb)降解效率達(dá)到96.3%。同時(shí)研究了其對無色污染物4-氯苯酚(4-cp)的催化降解活性,可見光照射(λ400nm)120分鐘后,降解效率達(dá)到98.2%,說明cfs/c3n4片具有可見光催化活性。通過rhb循環(huán)降解實(shí)驗(yàn)測試cfs/c3n4片的穩(wěn)定性以及重復(fù)利用率。循環(huán)測試則證明了其優(yōu)異的穩(wěn)定性及可再生性。第二部分:以三聚氰胺為前驅(qū)體在碳纖維表面制備cfs/c3n4顆粒。通過煅燒法將三聚氰胺和碳纖維放入550°c馬弗爐保溫3h得到cfs/c3n4顆粒狀催化劑。碳纖維表面生長的g-c3n4團(tuán)聚成顆粒,且大量的顆粒相互堆疊,形成致密的包覆層。cfs/c3n4顆粒吸收帶邊緣在450nm左右,說明制備出的催化劑具有可見光響應(yīng)活性。在可見光照射(λ400nm)照射下100分鐘后,對羅丹明b(rhb)降解效率達(dá)到94.8%,對4-氯苯酚(4-cp)降解效率達(dá)到97.3%。cfs/c3n4顆粒的穩(wěn)定性和重復(fù)利用性能也非常優(yōu)異,經(jīng)過四次降解實(shí)驗(yàn)后,仍能保持比較高的可見光催化活性(對rhb降解90%)。同時(shí),本文對兩種方法制備的材料做了簡單的對比。作為前驅(qū)體,尿素的成本更加低廉,僅為三聚氰胺的四分之一,但尿素制備g-c3n4產(chǎn)率較低。對比以尿素為前驅(qū)體制備的cfs/c3n4片和以三聚氰胺為前驅(qū)體制備的cfs/c3n4顆粒:cfs/c3n4片上的催化劑擁有較薄的片層結(jié)構(gòu);CFs/C_3N_4顆粒上的催化劑堆疊的比較密集,呈顆粒狀,但負(fù)載率較高(CFs/C_3N_4片的負(fù)載率為3.11 mg/cm2,CFs/C_3N_4顆粒的負(fù)載率為5.86 mg/cm2);CFs/C_3N_4顆粒由于較高負(fù)載率,使其催化效果略好于CFs/C_3N_4片。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1;O643.36

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1296672