g-C3N4_CNFs复合光催化材料的可控制备及其光催化性能的研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151100130硕士学位论文（学生类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：化学工程与技术论文题目：g-C3N4/CNFs复合光催化材料的可控制备及其光催化性能的研究英文题目：Thecontrollablepreparationandphotocatalyticperformanceofg-C3N4/CNFscompositephotocatalyticmaterials学生姓名：马腾飞导师姓名：白杰教授二○一八年六月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要环境污染和能源短缺是当今人类面临的两大难题，近几十年，如何有效地利用太阳能净化环境

2、或者将其转化为氢能成为研究者们关注的焦点。石墨相氮化碳（g-C3N4）作为非金属半导体材料具有无毒，化学稳定性和热稳定性好的特点，被应用在光催化领域，但是粉体g-C3N4在应用中光催化效率较差，且易流失难以回收。因此对其进行改性以充分发挥其优点，能拓宽其应用潜能。本研究利用电纺丝基纤维作为载体，将其与g-C3N4复合获得光催化剂，并且在此基础上，进一步移除纤维载体得到管状g-C3N4，之后考察了制备的催化剂降解甲基橙等有机污染物的光催化性能以及催化剂使用过程中的稳定性。（1）将以三聚氰胺为原料经过高温热聚合得到的g-C3N4进行超声剥离，然后利用水热过程将片层的g-C3N

3、4与电纺碳纤维复合获得g-C3N4/CNFs复合物并通过SEM、FT-IR、XRD以及XPS等表征手段对其形貌、结构、化学组分及价态进行分析，结果表明g-C3N4/CNFs在紫外光照射下对多种有机染料的催化降解具有广泛适用性，并且具有一定的循环性能。（2）以静电纺丝制备的纤维碳化后得到的碳纤维作为载体，将其与三聚氰胺在高温钢釜中通过气相沉积反应得到碳纤维负载g-C3N4的复合材料，利用此方法能实现增加g-C3N4在碳纤维上的有效负载以进一步改善复合催化剂的光催化性能。对其形貌的表征的结果证明g-C3N4均匀的包覆在碳纤维载体上。将g-C3N4/CNFs分别应用在紫外光和可

4、见光照射下催化降解有机染料的体系中以检测复合催化剂的光催化性能，结果表明g-C3N4/CNFs融合了CNFs的吸附性与g-C3N4的光催化活性，其中碳纤维起到承载g-C3N4和传输电子的双重作用。（3）改变纺丝前驱体溶液组分，加入硝酸铝，纺丝得到高分子膜后通过高温煅烧技术制得Al2O3纤维，然后利用气相沉积反应制得氧化铝纤维负载g-C3N4的复合材料，最后通过酸移除法移除氧化铝纤维得到具有中空结构的管状g-C3N4。通过对其进行形貌和结构表征，证明样品的组成与g-C3N4相一致，并且管的直径大约270nm，管壁厚度约30nm，并且该管状g-C3N4在可见光下对不同的有机染

5、料的催化降解均具有较好的光催化降解性能。综上，通过不同的方法可以将g-C3N4负载在碳纤维上得到g-C3N4/CNFs，然后通过进一步的改进制备方法可以得到管状的g-C3N4，这些制备的光催化剂均具有较好的光催化性能和良好的稳定性，有效地改善了粉体材料易流失地缺点，在改善环境中具有潜在的应用前景。I内蒙古工业大学硕士学位论文关键词：石墨相氮化碳；碳纳米纤维；复合光催化剂；光催化；污染物降解II内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractEnvironmentalpollutionandenergyshortagearetwomajorproblemsfacedbymanki

6、nd.Inrecentdecades,howtoeffectivelyusesolarenergytopurifytheenvironmentortransformitintohydrogenenergyhasbecomethefocusofresearchers.Graphitecarbonnitride(g-C3N4)asanon-metalsemiconductormaterialwithnon-toxicity,goodchemicalstabilityandthermalstability,isappliedinthefieldofphotocatalysis.

7、However,thephotocatalyticefficiencyofg-C3N4powderislowanditisdifficulttorecoverinapplication.Tofullyrealizeitsadvantages,itneedstobemodifiedtoexploreitsapplicationpotential.Inthisstudy,electrospinning-basedfiberswereusedascarrierstoobtainphotocatalystsbycombiningthe