摘要
随着人们生活水平的提升，越来越多的工业化产品被广泛使用。因此，生产生活中不可避免地会产生许多有机大分子污染物被排放入废水中，开发出低成本、无二次污染的绿色清洁的处理技术用于缓解地球水污染严重、水资源短缺的问题具有重要意义。高级氧化技术能够利用微量半导体材料即可高效处理水环境中的有机大分子污染物，使其完全降解成为CO2和H2O。其中以无机非金属石墨相氮化碳(g-C3N4)为基础，通过元素掺杂、纳米结构设计等方式对其进行改性，或将其与压电催化半导体材料复合构建压电异质结材料，以实现对活化过硫酸盐降解污染物性能的优化提升。因此本文以g-C3N4为主体，依次制备了g-C3N4/n型金属氧化物(CN/NMOs)复合材料、掺铁氮化碳/富氧钨酸铋(CNFe/BWO(O))Z型异质结复合材料和掺铁氮化碳/铋空位钨酸铋(CNFe/BWO(Bi))Z型异质结复合材料，综合上述催化剂的形貌特征和光电化学测试，结合其污染物降解效能评价，对该体系中污染物去除的内在机制进行讨论。本论文的具体研究内容如下: 1.采用液相剥离技术制备了g-C3N4纳米片，将两种n型金属氧化物(NMOs)、纳米氧化物(TiO2和SnO2)通过自组装法分别负载到g-C3N4纳米片上制备出CN/NMOs复合材料，并对其光催化活化过一硫酸盐(PMS)高效降解污染物的性能进行研究。结果表明，在PMS-TCN(10h)体系中，可见光下污染物在30min内降解率可达到91.69％，降解速率常数是块状g-C3N4的11.69倍。液相剥离法后二次自组装得到的NMOs/CN与PMS活化协同构成类Fenton体系，促进了其在高级氧化处理污染废水的潜在应用价值。 2.通过将尿素和硝酸铁热溶剂混合后使用一步煅烧法得到了掺铁氮化碳(CNFe),使用碳酸盐插层二次煅烧法制备出氧富足钨酸铋(BWO(O)),通过自组装法将BWO(O)负载在中空多孔管状CNFe纳米管上制备出CNFe/BWO(O)Z型异质结复合材料。在自然光下，CNFe/BWO(O)/PMS体系对RhB的降解速率常数为0.1504min-1。此外，二次煅烧法得到的BWO(O)与CNFe负载后具有的高氧空位也为催化降解过程提供了大量的自由基基团。CNFe中铁物种的掺杂不仅有效的改善了g-C3N4带隙宽，可见光吸收范围小和电荷传递阻抗大的缺点，并且其中空多孔管状结构协同Z型异质结有效抑制电子空穴的复合。自由基和高价铁物种猝灭实验证明CNFe/BWO(O)以FeⅢ-N4为主要活性中心，并通过形成瞬态高价铁物种产生自由基达到高效降解RhB的效果。 3.通过软模版法制备了外层Bi物种易逃逸的钨酸铋BWO(Bi),采用自组装法使得BWO(Bi)与CNFe纳米管复合形成CNFe/BWO(Bi)Z型异质结复合材料。由于BWO(Bi)外层结构松动，自组装过程中易受到CNFe外力插层作用导致Bi原子逃逸形成Bi缺陷。Bi缺陷的形成起到了电子陷阱的作用，逸出的Bi原子团聚在复合材料表面形成的Bi金属簇可以作为快速电子传输通道。缺陷工程和Z型异质结的构建使得复合材料表现出强压电催化性能，CNFe/BWO(Bi)在自然光下即能达到高效活化PMS降解RhB的性能，其降解速率常数高达0.562min-1。
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