石墨相碳化氮在工业废水降解中的研究进展

李 渊，段永正，邹海晏

(滨州学院 化学化工学院，山东 滨州 256603)

石墨相碳化氮在工业废水降解中的研究进展

李 渊，段永正，邹海晏

(滨州学院 化学化工学院，山东 滨州 256603)

石墨相碳化氮因具有光催化性能稳定，可见光下响应等特点而得到关注。本文对石墨相碳化氮催化剂的反应机理及近年来在废水降解的应用进展作了简要综述， 并分别就石墨相碳化氮、复合石墨相碳化氮光催化剂的应用来说明最近的研究进展。

光催化；碳化氮；降解；研究进展

随着经济飞速发展，工业生产所造成的环境污染越来越得到关注。在众多污染物中，工业废水成分复杂、毒性高，是较难处理的废水之一。未处理的废水排入自然水体中，会造成水体中溶解氧缺乏，和水生生物的大量死亡，使水体自净化能力严重下降，破坏了生态环境也严重危害人们的身体健康。经过研究表明，利用光催化技术可以有效的降解印染废水中的污染物，同时还具有价格低廉、环境友好、无毒等优点。常见的半导体材料中TiO2、Fe2O3、ZnO等都对印染废水有一定降解作用[1-2]。石墨相碳化氮作为一种新型的非金属材料，由于其光催化性能稳定、可见光响应、制备方法简单、禁带宽度(约2.7eV)比较窄、化学性质稳定等优点备受关注[3-5]。若对石墨相碳化氮进行修饰可以显著提高其对印染废水的降解能力。本文就石墨烯碳化氮负载的光催化剂技术及进展进行综述。

1 光催化原理

光催化剂的半导体材料，是由一个空的高能带和一个充满电子的低能带构成，这两个能带间是禁带。 当催化剂受到能量等于或大于能隙的光照射时，会激发价带内的电子，使其跃迁到导带中，此时的导带会产生空穴，因而产生电子-空穴对。在电子-空穴对尚未复合时，因磁场作用而迁移到颗粒表面，发生氧化还原反应。光致空穴有很强的氧化性，能够结合颗粒表面吸附的物质或溶剂中的电子，生成氧化性高的羟基自由基，这些自由基可以把难降解的有机物氧化成小分子物质; 光致电子有很强的还原性，可以和颗粒表面的氧,金属离子等物质发生反应[6-7]。

2 石墨相碳化氮作为光催化剂的应用进展

2.1 纯石墨相碳化氮光催化剂

在石墨相碳化氮修饰的光催化剂中，由于无害、无毒、成本低、降解效果好等优点成为研究中的重点之一。裴邵君[8]用传统烧结法制备得g-C3N4在pH值等于5，在可见光条件下照射210min后对罗丹明B脱色率达到79.5%，用微波烧结法制备的g-C3N4在pH值等于5，在可见光下照射210min后对罗丹明B脱色率达到96.5%。

齐雪梅等[9]以马弗炉为加热设备，在空气条件下，直接加热分解尿素制得g-C3N4光催化剂，所制得的g-C3N4可见光催化活性强，可见光辐射50 min时，使水溶液中罗丹明B的降解率可达到90%。

2.2 石墨相碳化氮复合单一物质的光催化剂

李红等人[10]用水热和球磨混合的方法制得了g-C3N4/α-Fe2O3，在氙灯照射5 h后，对甲苯的降解率可达91%。比g-C3N4和α-Fe2O3对甲苯的降解率分别提高了146%、17%、21%。复合体系具有更高光催化活性的原因在于不同能级的协同效应。

高尚尚等[11]使用廉价的三聚氰胺合成了g-C3N4，通过硝酸银见光分解的特性制得了Ag负载的Ag/g-C3N4。当硝酸银的加入量为7.5 mg，可见光照射45min时，对溶液中甲基橙的降解率为98%，而在同样光照时间下，g-C3N4对甲基橙的降解率为52%。Ag/g-C3N4提高了光能利用效率，因此与g-C3N4相比对甲基橙降解率更高。

赵珊珊[12]通过三聚氰胺的热分解聚合方法制得g-C3N4，用水解四氯化钛制得TiO2，然后复合得到g-C3N4/TiO2光催化材料，其具有良好的光催化性能。它内部的g-C3N4和Ti02之间存在高效的光生电荷的迁移与分离作用。在全波长光照射条件下，60min内对苯酚的降解率可达96.6%，相对应的降解动力学常数为0.053min-1，分别是TiO2的3.12倍，g-C3N4的2.41倍。g-C3N4/TiO2复合光催化材料的稳定性可以达到多次使用的要求，有潜在的实际应用价值。

张泽军等[13]采用热解法，将前驱体通过自身缩聚合成了g-C3N4，接着与ZnO复合制得g-C3N4/ZnO复合催化剂。g-C3N4/ZnO 复合催化剂的催化效率相比单独的ZnO和 g-C3N4都要高，而且随着 g-C3N4含量的增加呈现一种先增强后减弱的趋势。在最佳比例7.0wt%时，6h内g-C3N4/ZnO对RhB的降解率可达99.0%，和纯的ZnO和g-C3N4相比，光催化性能得到较大的提高。光催化性能得到增强的原因一方面是因其吸收波长的拓展使g-C3N4/ZnO复合催化剂能够吸收更多的光子，从而生成更多的空穴和光生电子；另一方面是由于复合使空穴和光生电子得到更好的分离，从而提高了光催化的效率。

2.3 石墨相碳化氮复合多种物质的光催化剂

陈小娜[14]通过热缩聚制备的g-C3N4和水解钛酸丁酯结合程序升温法制得的TiO2和H3PW12O40/TiO2催化剂，按照一定比例制得H3PW12O40/TiO2-g-C3N4三元复合催化剂。在H3PW12O40/TiO2和g-C3N4比例为2∶8时催化率最佳，其在可见光条件下60min后，对罗丹明B的降解率可达90.4%，相比TiO2/g-C3N4和H3PW12O40/TiO2在相同条件下60min时的降解率78.3%和45.3%，其催化性能得到很大提高。同时在模拟太阳光作用下30min时，H3PW12O40/TiO2-g-C3N4复合催化剂在经过循环利用后仍保持较高催化活性，具有进一步研究进展的价值。

3 结语

g-C3N4复合的光催化剂在光催化过程中，具有无毒、价格便宜、降解效果强稳定性好等优点成为处理印染污水的催化剂中的研究热点。但随着研究的不断深入也发现也发现其存在不少问题，比如反应条件和符合制备的方法等方面的问题，造成其在实际应用中有不少阻碍，这些需要在未来进行更深一步的研究。

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[13] 张泽军，徐杨森，张伟德.g-C3N4/ZnO复合光催化剂的制备及其可见光光催化性能的研究[J].广东化工，2013,40(252):3-4.

[14] 陈小娜.磷钨酸/TiO2-C3N4复合材料的制备及其光催化性能的研究[D].长春:长春理工大学,2015.

(本文文献格式：李 渊，段永正，邹海晏.石墨相碳化氮在工业废水降解中的研究进展 [J].山东化工,2017,46(11):78-79.)

Research Progress on Carbon Nitride-based Photocatalyst for the Degradation of Organic Pollutions

LiYuan,DuanYongzheng,ZouHaiYan

(College of Chemistry & Chemical Engineering, Binzhou University,Binzhou 256600,China)

Carbon nitride-based photocatalysts have

much attention for catalytic stabilities,and newly metal-free visible-light photocatalyst.The reaction mechanism of photocatalysts and applications of carbon nitride-based photocatalysts for the degradation of organic pollutions in recent years were briefly summarized. Furthermore,the application of both one component carbon nitride-based photocatalyst and multiple component ones was studied.

photocatalysis;carbon nitride;degradation;research progress

2017-04-08

李 渊(1993—)，男，本科生，从事光催化研究方向。

X788

A

1008-021X(2017)11-0078-02