摘要
近年来，有机废水引起的环境问题日益突出。研究表明，即使低浓度的有机废水也将导致水体富营养化以及导致生态环境的严重破坏。针对有机废水的处理，传统的物理吸附、化学氧化和生物降解等方法虽然可以去除水体中诸如染料等有机物，但依然存在处理成本高、易造成二次污染且产生的中间代谢产物毒性大等问题。光催化降解技术由于具有成本低、能耗小、对污染物矿化效果好等优点被认为是解决有机废水污染最有前景的绿色治理技术之一。光催化技术的关键在于光催化剂的设计、筛选和制备，开发高效、稳定、廉价、易得的光催化剂也是实现其工业化应用的关键。氮化碳类光催化剂作为一种类石墨烯结构的非金属聚合物，因其具有可见光响应、无毒、廉价易得等优点受到广泛关注。然而，石墨相氮化碳（g-C3N4）存在比表面积小、反应活性位点不足、反应过程中光生载流子易复合等问题。基于上述分析，本文将氮化碳类二维材料与具有二维结构的烯类材料进行复合，从而提高该类材料的光催化降解性能。 本论文主要研究内容及研究结果如下： 1.首先阐明了光催化技术的基本原理，接着在讨论了光催化剂的应用领域和发展趋势的基础上，详细介绍了氮化碳类光催化剂的合成方法和改性策略，并简要综述烯类二维材料（MXene、石墨烯）的结构与合成方法，最后指出了本论文的主要研究内容和创新点。 2.采用热聚合法制备了聚庚嗪酰亚胺钾（K-PHI）；以MAX相Ti3AlC2为原料采用蚀刻法制备MXene。在成功制备K-PHI和MXene后，通过原位合成法制备了K-PHI/TiO2复合光催化剂。随后通过XRD、TEM、HRTEM、XPS等手段对所合成的光催化剂进行了表征，结果证实所制备的K-PHI样品成功与MXene衍生的TiO2形成复合结构。进一步的固体紫外-可见漫反射光谱、价带XPS表征结果显示，K-PHI和TiO2之间形成Ⅱ型异质结结构。在完成K-PHI/TiO2复合光催化剂的合成和表征之后，以罗丹明6G（Rh6G）为有机染料探针分子，考察了该复合光催化剂的光催化降解性能，结果表明，在光照40min的条件下，10-K-PHI/TiO2复合光催化剂对Rh6G的降解效率可达96.3%，远高于单一K-PHI的降解效率（61.8%）。且经三个循环后，10-K-PHI/TiO2对Rh6G的降解效率仍可保持在90%以上，说明该催化剂具有良好的结构和性能稳定性。最后通过PL光谱、TOC测定、EPR测试等手段初步探索了K-PHI/TiO2对Rh6G的降解机理，结果表明，降解过程中所产生的主要活性物种为·OH自由基，且在该自由基的攻击下，Rh6G有机染料可被矿化。 3.首先采用质子交换法和液相剥离法分别制备了H-PHI和少层石墨烯，并通过XRD、XPS、UV-vis、FTIR和PL表征手段对所制备材料的结构、形貌、化学组成及光电性能进行了表征。在此基础上，采用简单混合法制备了H-PHI/石墨烯复合光催化剂。随后的光催化降解甲基橙（MO）的实验结果表明，在420nm可见光照射条件下，H-PHI/石墨烯表现出了良好的催化活性，反应40min时，其对MO的降解率可达到99.6%，且经过三次循环使用后，其活性几乎不变，表明该复合材料具有较好的稳定性。EPR和自由基猝灭实验表明，光催化降解MO的主要活性物种为·OH自由基和O2˙ˉ自由基。 4.在总结了本文的主要研究成果的基础上，对烯类二维复合光催化剂降解有机污染物的未来发展进行了展望，并对该类型催化剂研究所面临的问题进行了分析。
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