半導(dǎo)體光催化技術(shù)有望直接利用太陽光與溶解氧生成活性氧物種（ROS）從而凈化廢水,然而半導(dǎo)體光生電子-空穴易復(fù)合、羥基自由基（·OH）產(chǎn)量很低,嚴(yán)重限制了太陽光凈水技術(shù)的發(fā)展。本論文將可見光與低濃度臭氧耦合,并使用石墨相氮化碳（g-C3N4）作催化劑構(gòu)建g-C3N4催化可見光-臭氧耦合過程,·OH產(chǎn)量和氧化效率遠(yuǎn)超g-C3N4可見光催化和臭氧氧化過程,可快速徹底礦化水體中絕大多數(shù)的有機污染物。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:（1）將塊狀g-C3N4用于可見光-臭氧耦合過程,發(fā)現(xiàn)g-C3N4能引發(fā)可見光與臭氧之間很強的協(xié)同氧化效應(yīng),耦合過程對草酸的去除速率最高可達(dá)到g-C3N4可見光催化與臭氧氧化速率之和的95.8倍,并且在相同光照強度下可見光/臭氧/g-C3N4過程的氧化能力明顯強于紫外光/臭氧/g-C3N4過程。由于具有高導(dǎo)帶位置和較窄帶隙,塊狀g-C3N4的催化可見光-臭氧耦合活性高于W03、Ti02等本領(lǐng)域經(jīng)典催化材料。（2）使用非模板法制備納米多孔g-C3N4,用于研究不同催化氧化過程礦化對羥基苯甲酸。發(fā)現(xiàn)耦合過程能快速徹底氧化對羥基苯甲酸,總有機碳去除率比光催化、臭氧氧化總有機碳去除率... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：150 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２石翻氮化碳（ｇ－Ｃ３Ｎ４）發(fā)展歷史??

最終組成一個高度離域的共軛體系。２００８年Ｔｈｏｍａｓ等［２（）］對ｇ－Ｃ３Ｎ４的??化學(xué)結(jié)構(gòu)進行了深入研究，認(rèn)為實驗合成的ｇ－Ｃ３Ｎ４可能存在兩種化學(xué)結(jié)構(gòu)。如??圖１．３ａ所示，單個三嚷環(huán)通過末端Ｎ原子相連形成一個無限擴展的平面網(wǎng)格結(jié)??構(gòu)，環(huán)內(nèi)Ｃ－Ｎ鍵長０．１３１５?ｎｍ，?Ｃ－Ｎ－Ｃ鍵角為１１６．５°，環(huán)外的Ｃ－Ｎ鍵長０．１４４４??ｎｍ，Ｃ—Ｎ－Ｃ鍵角為１１６．５。。在圖１．３ｂ中，以七嗪環(huán)（三個三嗪環(huán)聚合而成）為??基本重復(fù)單元按相同連接方式構(gòu)筑ｇ－Ｃ３Ｎ４，環(huán)內(nèi)Ｃ一Ｎ鍵長０．１３１６ｎｍ，Ｃ一Ｎ－Ｃ??鍵角１１６．６。；環(huán)外的（：＿１＾鍵長０．１４４２腦，（：＾－＜?牽保玻埃?ǎ蓿玻保蕁Ｕ飭街紙峁梗崳?中，七嗪環(huán)構(gòu)成的ｇ－Ｃ３Ｎ４聚合度更高，通過密度泛函理論（ＤＦＴ）計算，縮聚??反應(yīng)中七嗪環(huán)構(gòu)成的ｇ－Ｃ３Ｎ４的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，其熱力學(xué)能比三嗪環(huán)構(gòu)成的ｇ－Ｃ３Ｎ４??低約３０?ｋＪ／ｍ〇ｌ［２２］，因此學(xué)術(shù)界更傾向于認(rèn)為七嗪環(huán)是構(gòu)成ｇ－Ｃ３Ｎ４片層結(jié)構(gòu)的基??本單元

Ｓｉ０２、Ａ１２０３等作為模板合成與ｇ－Ｃ３Ｎ４的復(fù)合物，再去除相應(yīng)模板即可得到特定??形貌的ｇ－Ｃ３Ｎ４材料。２００９年Ｗａｎｇ等［２９】用１２?ｎｍ的５丨０２微球做模板成功制備有??序介孔三維ｇ－Ｃ３Ｎ４?（圖１．４ａ），其禁帶寬度約２．７?ｅＶ，比表面積在６８—３７３?ｍ２／ｇ??范圍內(nèi)可調(diào)，光催化產(chǎn)氫活性較塊狀材料提高一個數(shù)量級。后來，他們又利用??Ｓｉ０２微球制備出具有空腔結(jié)構(gòu)的ｇ－Ｃ３Ｎ４納米中空球（圖１．４ｂ），其在４２０?ｎｍ光??束照射下的量子產(chǎn)率達(dá)到７．５％［３Ｇ］。２Ｄ六角形ＳＢＡ－１５［３１］和３Ｄ立方形ＫＩＴ－６微??孔Ｓｉ０２［３２］同樣被用來合成具有高度有序性的介孔ｇ－Ｃ３Ｎ４。除Ｓｉ０２外，Ｌｉ等［３３］??以陽極Ａ１２０３為模板劑，制備了?ｇ－Ｃ３Ｎ４納米棒（圖１．４ｃ），比表面積及光生電流??值顯著提高，光催化產(chǎn)氧速率因此提高一倍。該方法最大缺點在于后續(xù)去除硬模??板劑需使用有毒且具有高危險性的ＮＨ４ＨＦ２或ＨＦ清洗，過程繁瑣且不具備環(huán)保??友好性。??Ｉ?ｆ??圖１．４?（ａ）三維有序介孔ｇ－Ｃ３Ｎ４１２９丨、（ｂ）?ｇ－Ｃ＞４納米中空球｜３°丨及（ｃ）?ｇ－Ｃ３Ｎ４納米棒１３３丨??５??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]石墨相氮化碳的化學(xué)合成及應(yīng)用[J]. 張金水,王博,王心晨.  物理化學(xué)學(xué)報. 2013(09)
[2]Liquid phase heterogeneous photocatalytic ozonation of phenol in liquid-solid fluidized bed:Simplified kinetic modeling[J]. Shuangshi Dong a , Dandan Zhou a , Xiaotao Bi b a College of Environment and Resources, Jilin University, Changchun, China b Department of Chemical and Biological Engineering, University of British Columbia, Vancouver, Canada V6T 1Z3.  Particuology. 2010(01)
[3]催化臭氧化降解水中硝基苯的機制[J]. 趙雷,孫志忠,馬軍.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2009(02)
[4]A novel use of TiO2 fiber for photocatalytic ozonation of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid in aqueous solution[J]. GIRI Rabindra Raj,OZAKI Hiroaki,TAKANAMI Ryohei,TANIGUCHI Shogo.  Journal of Environmental Sciences. 2008(09)
[5]天然水鎂石及其煅燒產(chǎn)物對臭氧化降解水中苯酚的效果研究[J]. 何坤,董玉明,李真,尹琳,張愛民.  礦物巖石地球化學(xué)通報. 2007(02)
[6]催化臭氧化——一種有前景的水處理高級氧化技術(shù)[J]. 李來勝,祝萬鵬,李中和.  給水排水. 2001(06)
[7]Zn-粘土催化劑對染料廢水的O3氧化降解性能的影響[J]. 尹琳.  高校地質(zhì)學(xué)報. 2000(02)

博士論文
[1]石墨相氮化碳的結(jié)構(gòu)調(diào)控及增強光催化性能研究[D]. 梁慶華.清華大學(xué) 2016
[2]臭氧催化氧化與活性炭聯(lián)用給水處理工藝特性中試研究[D]. 關(guān)春雨.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[3]石墨結(jié)構(gòu)碳及其載Pt催化劑強化臭氧降解水中草酸的研究[D]. 劉正乾.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2008
[4]臭氧/多相催化氧化去除水中有機污染物效能與機理[D]. 孫志忠.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2006



本文編號：2949626