摘要
水体污染及能源匮乏已经成为全球，尤其是发展中国家面临的最重要挑战之一,因此迫切需要一种能耗低、无二次污染的水处理技术对污水进行治理和再利用。光催化技术以太阳能作为能源，可以将污水中的无机、有机污染物氧化降解为无毒无害的小分子物质。目前常见半导体光催化剂有：CdS、ZnS、g-C3N4、TiO2及MoS2等。其中CdS作为窄禁带半导体光催化剂，在可见光下有良好光催化活性而得到了广泛应用。但是CdS对于底物吸附能力差、光生电子-空穴对的高复合率及不可避免的光腐蚀现象限制了CdS的使用。目前主要从以下几方面对CdS进行改性以提高其光催化效率：增加反应面积及活性位点；改变禁带宽度，增加光吸收范围；抑制电子和空穴的复合；抑制光腐蚀现象。 本文选取微晶纤维素（MCC）及类石墨烯氮化碳（g-C3N4）分别与CdS复合，形成MCC/CdS复合物和g-C3N4/CdS异质节。通过XRD、SEM、TEM、BET、EDS、HRTEM及UV-Vis等对制备的一系列MCC/CdS和g-C3N4/CdS复合物进行微观结构和光学性质的表征。以亚甲基蓝（MB）溶液作为模拟废水评价复合物的光催化性能。 实验结果表明：10%MCC/CdS呈现良好的结晶度；禁带宽度与CdS相比有一定程度的减小；表面积增大、微孔数目明显增多。光催化活性评价试验结果表明：MCC/CdS复合物光催化活性明显提升，其中10%MCC/CdS对于MB的光催化降解效率达到80.90%，且循环稳定性显著优于CdS。10%MCC/CdS作为光催化剂降解MB的体系中最主要的活性物质是光生空穴（h+），其次是超氧自由基（?O2-），而羟基自由基（?OH）的氧化作用最弱。 CdS粒子分散于g-C3N4纳米片上，其中15%g-C3N4/CdS异质节晶粒尺寸最大、结晶度最好；禁带宽度小于CdS；15%g-C3N4/CdS对于MB的吸附动力学符合伪一级动力学方程；15%g-C3N4/CdS对于MB的光催化降解效率几乎达到了100%，对甲基橙、甲基红、罗丹明B的光催化降解效率也均达到了90%以上；此光催化体系中活性氧化物质主次顺序为h+、?OH、?O2-；15%g-C3N4/CdS呈现的光电流强度分别是g-C3N4和CdS的5.47倍和4.1倍，这证实了15%g-C3N4/CdS复合物中异质节的存在。 g-C3N4的禁带宽度为2.63eV,CdS的禁带宽度为2.16eV，两者均属于窄禁带半导体化合物，可以吸收光能被激发产生h+和e-。CdS的导带及价带电势分别为-0.34eV、1.70eV，而g-C3N4的导带及价带电势为-1.13eV、1.75eV，所以在两者形成的异质节界面上，e-由g-C3N4的导带转移至CdS的导带。同理，h+由CdS的价带转移至g-C3N4的价带。且由于g-C3N4特殊的层状结构，光生载流子在界面上的运动距离被大大缩短，所以h+和e-的复合被有效抑制。同时由于h+氧化S2-成S造成的光腐蚀也因h+的及时疏导在一定程度上被抑制，因此光催化效率显著提升。
NETL