摘要
工业生产产生的大量芳香族硝基化合物废水具有高毒性，然而，由于苯环高的稳定性，使其不易被氧化还原，难以分解，破坏生物、土壤、水体生态环境。光芬顿技术因其具有环保、无二次污染且效率高的优势，从众多废水处理技术中脱颖而出。其中，光芬顿催化剂是光芬顿技术发展的核心，传统光芬顿催化剂为金属氧化物，普遍存在活性位点少、比表面积小的问题，导致催化效率不佳。为进一步提高光芬顿效率，亟需研发更高效的光芬顿催化剂。MIL-100(Fe)的结构特征决定其具有反应位点多、比表面积高、永久孔隙、稳定性好等优点，光生电子传递到金属簇能够有效促进光生电子空穴对分离，是一种有前景的催化剂。本文基于 MIL-100(Fe)材料构筑新型光催化-自芬顿复合体系，研究其对芳香族硝基化合物废水的降解性能，揭示其光催化-自芬顿降解作用机理。具体研究工作如下： （1）利用水热合成方法，以Fe(NO3)3?9H2O和均苯三甲酸（H3BTC）为主要原料，合成出新形貌的片状 MIL-100(Fe)光芬顿催化剂，采用红外光谱、粉末 X 射线、透射电镜、X 射线光电子能谱等现代测试手段确认了其组成和结构，结果表明，MIL-100(Fe)为直径＜100 nm 的纳米片层结构。利用紫外可见漫反射研究其光学性能，表明其禁带宽度为 2.34 eV。在紫外光照射下，考察了催化剂用量、pH 值、废水浓度和H2O2添加量对 4-硝基苯酚（PNP）、2,4,6-三硝基苯酚（2,4,6-TNP）、硝基苯（NB）和2,4-二硝基甲苯（2,4-DNT）等芳香族硝基化合物废水降解效率的影响，结果表明，在MIL-100(Fe)添加量为0.3 g/L、pH=7、废水浓度40 mg/L、H2O2浓度为0.84 mmol/L时，光照 2 min 时对其降解效率在 93.5%-97.6%。通过自由基捕获实验开展了降解机理研究，结果表明，?OH 为主要的活性载流子，对芳香族硝基化合物降解起着决定性作用，超氧自由基（?O2-）和空穴（h+）次之。 （2）以柠檬酸铵为原料，采用水热法制备出 g-C3N4量子点（CQDs），通过超声沉积法将CQDs负载在三聚氰胺和三聚氰酸上获得前驱体，经高温煅烧，得到g-C3N4量子点/g-C3N4（CQDs/CN）纳米复合材料，采用粉末X射线衍射、扫描电镜、X射线光电子能谱、元素分析等方法表征其组成和结构，结果表明，CQDs 已成功掺杂， CQDs/CN复合材料为纳米片堆积而成的微米花球，并具有大量孔洞结构；该材料只存在g-C3N4的特征峰，掺杂CQDs不会对复合材料的晶体结构产生影响。将该复合材料与光芬顿剂MIL-100(Fe)协同作用，并向体系通入O2，构筑了新型光催化-自芬顿复合体系，然后在可见光照射下，研究了该光催化-自芬顿复合体系对 PNP、2,4-DNT、2,4,6-TNP和2,4-DNP等芳香族硝基化合物的降解性能影响，考察了不同掺杂量CQDs、pH、催化剂添加量等条件对光催化降解效率的影响，结果表明，当CQDs掺杂量为1.5wt%时，CQDs/CN1.5复合材料具有最佳催化降解活性；在 pH=7、CQDs/CN与 MIL-100(Fe)质量比为 3∶1时，自芬顿复合体系的光催化降解效果最好，光照 6 h后体系对PNP的降解效率可达到98.2 %。利用自由基捕获实验结合电子顺磁共振技术对降解机理进行了研究，结果表明，?OH仍为主要活性载流子，其次是h+，?O2-的影响最小。
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