摘要
随着现代社会工业化、城市化和农业现代化进程的快速发展，人类活动排放的含氮废水越来越多，水体中的硝酸盐会导致水体富营养化对人体健康产生严重威胁，含氮废水的处理已经成为全世界关注的一个问题。目前去除水中硝酸盐的方法主要有生物反硝化和反渗透、离子交换和电渗析以及光催化等方法，生物反硝化、反渗透、离子交换、电渗析等多种方法已被用于去除水中的硝酸盐，然而，这些技术成本高昂，通常需要对产生的废水进行后续处理，并且氮气转化率较低，光催化处理含氮废水就是在光催化作用下将硝酸盐转化为中间产物亚硝酸盐和副产物氨氮以及氮气的化学反应，与传统含氮废水处理技术对比，光催化还原硝酸盐氮技术较为环保，并且可以做到污染物完全降解,同时无二次污染，光催化是处理含氮废水一种环境友好并且前景广阔的脱氮技术，并且目前受到了广泛关注。 采用煅烧法和光沉积方法制备了 g-C3N4/Ag (1wt％、2wt％、5wt％、10wt％)光催化剂同时对催化剂进行XRD、SEM、XPS、紫外可见漫反射光谱、傅里叶红外光谱表征分析，并使用光催化剂对水中硝酸盐氮的光催化还原进行了研究。表征结果证明成功合成了 g-C3N4/Ag (1 wt％、2 wt％、5 wt％、10 wt％)光催化剂。g-C3N4材料局部结构由七嗪单元组成，并且g-C3N4/Ag中的银具有金属性质，g-C3N4在Ag颗粒沉积后仍然保持一个结构完整性，并且随着掺杂银比例的提升，光催化剂对于可见光光谱范围内吸收逐渐增强。实验结果表明g-C3N4/Ag (5 wt％) 在50 mM甲酸作为空穴清除剂，催化剂投加量为0.4g,初始溶液pH为2的条件下，处理50mg/L硝酸盐氮，硝酸盐氮去除率可达到 88％,氮气选择性为 83％。g-C3N4/Ag(5wt％)与 g-C3N4/Ag (1 wt％)、g-C3N4/Ag(2wt％)、g-C3N4/Ag (10wt％)对比脱氮性能明显更好，这表明在一定程度上提高催化剂掺杂银的比例可以提高硝酸盐氮转化率，但随着载银比例的提高硝酸盐氮去除率反而下降，过量载银会导致银颗粒的尺寸增加，从而降低催化剂存储电子的能力，从而导致硝酸盐氮去除率下降。从反应机理分析来看，当g-C3N4被光子能量等于或者高于g-C3N4带隙( 2.7eV)的可见光照射时，g-C3N4/Ag被激发形成电子-空穴对，NO3-在电子的作用下转化为NO2、NH4+、N2。 采用水热合成法和光沉积方法制备了 BiOBr/Ag (1wt％、2 wt％、5 wt％、10 wt％)光催化剂同时对催化剂进行XRD、SEM、XPS、紫外可见漫反射光谱、傅里叶红外光谱表征分析，并使用光催化剂对水中硝酸盐氮的光催化还原进行了研究。表征结果证明成功制备了 BiOBr/Ag (1wt％、2wt％、5 wt％、10 wt％)光催化剂，BiOBr 在 Ag 颗粒沉积后仍然保持一个结构完整性，表征结果表明在BiOBr中引入Ag可以增强催化剂在可见光区域的光吸收。实验结果表明BiOBr/Ag (2wt％) 在50mM甲酸作为空穴清除剂，催化剂投加量为0.4 g,初始溶液pH为4的条件下，处理硝酸盐氮浓度为50 mg/L的含氮废水，硝酸盐氮去除率可达到90％,氮气选择性为88％。与BiOBr/Ag (1 wt％)、BiOBr/Ag (5 wt％)、BiOBr/Ag (10 wt％)相比，BiOBr/Ag (2 wt％)硝酸盐氮去除效果最好，并且随着载银比例的提升，硝酸盐氮去除率先升高后降低，这说明适量银粒子可以有效延长光生电子和空穴的分离时间，提高硝酸盐氮的光催化还原效果。从反应机理分析来看，在可见光照射下，BiOBr和Ag产生的光生电子将从价带激发到导带上，NO3在电子的作用下转化为NO2-、NH4+、N2,因为Ag与BiOBr紧密的界面接触，BiOBr中的部分电子会转移到Ag导带上，这在一定程度上可以促进电子和空穴的分离从而提高硝酸盐氮还原效率，BiOBr/Ag上负载的Ag可以增强可见光的吸收，并且促进光生载流子的分离。 采用水热合成法和光沉积方法制备了 g-C3N4/ BiOBr/Ag (1wt％、2 wt％、5 wt％、10 wt％)光催化剂同时对催化剂进行XRD、SEM、XPS、紫外可见漫反射光谱、傅里叶红外光谱表征分析，并使用光催化剂对水中硝酸盐氮的光催化还原进行了研究。表征结果证明成功制备了 g-C3N4/ BiOBr/Ag (1 wt％、2wt％、5 wt％、10 wt％)光催化剂并且并没有被其他物质干扰。但是XRD图表示Ag颗粒衍射峰强度较弱，这可能是由于沉积在光催化剂表面的Ag比较少。实验结果表明g-C3N4/BiOBr/Ag (2wt％)在50mM甲酸作为空穴清除剂，催化剂投加量为0.2g,初始溶液pH为4的条件下，处理硝酸盐氮浓度为50 mg/L的含氮废水，硝酸盐氮去除率可达到88％,氮气选择性为87％。与g-C3N4/BiOBr/Ag (1 wt％)、g-C3N4/BiOBr/Ag (5 wt％)、g-C3N4/BiOBr/Ag (10 wt％)相比，g-C3N4/BiOBr/Ag(2wt％)表现出最好的硝酸盐氮去除效果。从反应机理分析来看，在可见光照射下，g-C3N4、BiOBr都会被光激发产生电子和空穴，电子和空穴分别位于价带和导带之中，NO3-在电子的作用下转化为NO2-、NH4+、N2,Ag在g-C3N4/BiOBr的表面可以引起等离子体共振( SPR) 可以提高光催化剂的活性。
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