模拟太阳光照射下MIL-100(Fe)/g-C3N4异质结光催化Cr(VI)还原和双氯芬酸钠降解

• 作者: 杜雪冬 王崇臣 王鹏 衣晓虹 邓积光
• 来源期刊: 催化学报
• 关键词: MIL-100(Fe) g-C3N4 异质结 六价铬还原 双氯芬酸钠
• 年，卷（期）: 2019,（1）
• 页码范围: 86-96
• 页数: 11页
• 字数: 1543字
• 语种: 中文
• DOI: 10.1016/S1872‐2067(18)63160‐2

摘要

有毒重金属离子Cr(VI)广泛应用于制革、电镀、印刷、颜料和抛光等行业, 因而成为地表水和地下水中常见的污染物. 光催化还原Cr(VI)为Cr(III)利用可持续能源太阳能, 费用低且没有二次污染问题, 已经受到广泛关注. g-C3N4是一种稳定性好且能吸收可见光的优异光催化材料, 但也具有比表面积小及电子和空穴容易复合等缺点. 为进一步提高g-C3N4的光 催化效率, 人们合成了各种新型复合材料, 如g-C3N4/Bi2WO6, g-C3N4/SiW11和g-C3N4/Zn3V2O7(OH)2(H2O)2等.本文通过非常简便的球磨-煅烧法制备了金属-有机骨架材料MIL-100(Fe)与类石墨结构氮化碳(g-C3N4)的异质结结构(MG-x, x = 5%, 10%, 20%和30%, 代表MIL-100(Fe)占复合物的质量分数), 并对复合材料进行了粉末X射线衍射(PXRD)、红外光谱(FTIR)、热重(TGA)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DR)和荧光光谱(PL)等表征. 实验研究了MG-x在模拟太阳光照射下光催化还原Cr(VI)和降解双氯芬酸钠的性能, 考察了空穴捕捉剂(乙醇、柠檬酸、草酸和双氯芬酸钠)和pH值(2–8)对光催化还原Cr(VI)效率的影响.实验结果表明, PXRD谱图显示复合物的衍射峰位置均与MIL-100(Fe)及g-C3N4的峰位置相吻合, 球磨和煅烧后无新衍射峰产生. TEM图片证明复合物中g-C3N4附着在MIL-100(Fe)表面. 光照80 min后, MG-x复合物的还原效率均大于92%, 高于MIL-100(Fe)(75.6%)和g-C3N4(79.8%)的还原效率. 其中, MG-20%的光催化活性最高, 还原效率达到97.0%, 且还原Cr(VI)的速率分别是MIL-100(Fe)的3.08倍和g-C3N4的2.31倍. 随着MIL-100(Fe)含量的增加, 复合物的光催化活性先增后减. 这是因为MIL-100(Fe)含量的增加不仅有利于电荷的转移, 也有利于可见光的利用, 然而过多的MIL-100(Fe)可能会影响异质结的质量, 不利于电荷的转移. 随着溶液pH值从2提高到8, 还原效率从98%降低到9%. 这是因为在酸性条件下H+浓度高有利于Cr(VI)还原为Cr(III), 而当pH>6时, Cr3+与OH–形成Cr(OH)3沉淀附着在催化剂表面, 影响对光的吸收, 降低了光催化效率.当反应体系中加入乙醇、柠檬酸和草酸时, 光催化速率提高, 而加入双氯芬酸钠后光催化速率未见提高, 这是由于小分子链烃有机物容易捕捉光生空穴, 而双氯芬酸钠不能有效捕捉MG-20%产生的光生空穴. 电化学测试证明g-C3N4的光生电子可转移到MIL-100(Fe)的导带, 复合物提高了光生电子和光生空穴的分离效率, 从而提高了光催化还原Cr(VI)的活性. 同时,在加入H2O2的条件下, MG-20%在50 min内光催化降解双氯芬酸钠的效率达到100%. MG-20%循环使用5次后, 光催化效率没有明显降低, 光催化剂的XRD谱没有发生明显变化, 证明其具有很好的稳定性. 综上, 本研究提供了一种具有应用前景的高效MOF/g-C3N4复合物光催化剂.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	邓积光	北京工业大学环境与能源工程学院化学与化工系	17	144	6.0	12.0
2	王崇臣	北京建筑大学建筑结构与环境修复功能材料北京市重点实验室	50	597	13.0	23.0
3	王鹏	北京建筑大学建筑结构与环境修复功能材料北京市重点实验室	39	258	9.0	15.0
4	杜雪冬	北京建筑大学建筑结构与环境修复功能材料北京市重点实验室	1	2	1.0	1.0
5	衣晓虹	北京建筑大学建筑结构与环境修复功能材料北京市重点实验室	1	2	1.0	1.0