氧化镱/氮化碳光催化剂对废水有机污染物的降解性能

2019-10-14

福建质量管理 2019年17期

(辽宁师范大学辽宁大连 116029)

引言

地表径流和地下水环境时刻受到人类活动的影响。尤其在工业化的今天，生产和生活所排放的大量废水影响着水环境和人体健康。一些无法被自然降解的有机污染物就需要使用各种无污染的技术来降解和消除。其中，光催化技术就是一种被广泛研究的绿色新方法。

光催化技术的关键在于光催化剂的合成和应用，常用光催化剂包括硫化物和金属氧化物等。Peng Y等制备掺杂CdS的光催化剂[1]，Cao G等[2]使用TiO2复合光催化剂降解对氯苯酚。上述光催化剂制备工艺复杂，设计一种制备方法简单、光催化效果好的光催化剂十分必要。

氮化碳(g-C3N4)作为一种廉价、形貌易调控的新型光催化剂被广泛关注。但纯氮化碳禁带宽度大，对可见光的吸收利用效率低[3]；寻找一种合适的方法改性和优化氮化碳的结构和光吸收性能非常重要[4]。异质结结构接触界面提高了光电子空穴对的分离率，被认为是提高光催化活性的有效方法。氧化镱(Yb2O3)是一种耐热性强，稳定性好的半导体材料，被广泛应用环境催化[5]等方面，利用稳定性能高的氧化镱与氮化碳构造异质结结构光催化剂，丰富了光催化剂设计的思路。

本研究使用热分解法制备了不同配比的Yb2O3/g-C3N4复合材料。对其表面形貌、光学吸收和光催化性能等特性进行了表征。复合了Yb2O3的g-C3N4光催化剂的光催化性能明显提高，其中10wt% Yb2O3/g-C3N4的降解效率最高，降解率达到80%。

一、实验部分

废水中亚甲基蓝的测定使用UV-1800PC紫外分光光度计测定废水中亚甲基蓝的含量。离心分离获得的水样，取上清液，在吸光度664nm处测量其中亚甲基蓝的浓度。配制相近浓度(20mg/L)的模拟实验用水进行降解实验。

光催化剂的制备首先使用简单热解方法分别制备氧化镱和氮化碳样品，具体步骤如下：将1g硝酸镱放入带盖陶瓷坩埚，放入马弗炉焙烧(550℃，7h)，得到Yb2O3粉末记为“YbO”。氮化碳的原料是三聚氰胺，将1g三聚氰胺放置在坩埚，以5℃/min的速率升温至550℃焙烧2h，得到淡黄色g-C3N4粉末，记为“CN”。将两者分别超声混合后焙烧得到不同比例的Yb2O3/g-C3N4，标记“5YbO/CN,10YbO/CN,15YbO/CN和20YbO/CN”分别代指氮化碳中含有5%，10%，15%和20%的氧化镱。

二、样品的表征

XRD分析使用岛津公司的XRD-6000型X-射线衍射仪确定样品的物相特征。如图1，YbO图像上可以看到(211)，(222)，(400)，(440)和(622)等晶面，符合PDF标准卡片87-2374的正方相Yb2O3。CN图上的(100)和(002)晶面，与PDF标准卡片87-1526匹配[6]。在不同比例的YbO/CN上都能观察到属于Yb2O3的(222)，(400)，(440)和(622)晶面，也可以看到属于g-C3N4的(002)晶面，证明Yb2O3与g-C3N4的复合光催化剂制备成功。

DRS分析使用Lambda 35的UV光谱仪分析样品的光谱特性。可以看到，CN在可见光区域有陡峭的吸收边缘(图2)，掺杂了Yb2O3的样品在可见光区域的吸收边缘缓和，这说明，Yb2O3/g-C3N4复合光催化剂对可见光的响应效果更加好。