凌 芳

（南華大學 化學化工學院，湖南 衡陽 421000）

1 光催化技術簡介

近年來，光催化作為一種低成本、環(huán)保、可持續(xù)的技術顯示出巨大的潛力，成為研究的熱點，但是，目前對其實際應用的最大限制是光催化的能量轉換效率低，開發(fā)高效的光催化材料成為解決此類問題的關鍵[1-2]。在眾多半導體光催化劑中，石墨相氮化碳（g-C3N4）作為一種新型無金屬半導體，因其具有合適的帶隙、低毒性、熱穩(wěn)定性以及化學穩(wěn)定性強等優(yōu)點而備受關注[3-4]，但是仍然存在一些不足，例如粒徑較大，活性位點較少[5]。本研究利用煅燒研磨后的氮化碳粉末，制備了具有高比表面積的改性氮化碳，并且考察了其光催化降解羅丹明B的活性。

2 實驗

2.1 催化劑的制備

三聚氰胺采購于國藥集團，純度均為分析純。先稱取15 g三聚氰胺于坩堝內(nèi)，加蓋置于馬弗爐內(nèi)，以5 ℃/min的速度升溫至550 ℃，恒溫煅燒3 h，自然冷卻至室溫，將其研磨成粉末，將其產(chǎn)物標記為CN。重復上述操作，將研磨的粉末置于坩堝內(nèi)，不加蓋置于馬弗爐內(nèi)，以5 ℃/min的速度升溫至500 ℃，恒溫煅燒2 h，將其產(chǎn)物標記為UCN。

2.2 光催化劑的表征

使用X’Pert3Powder X射線衍射儀（CuKα源，λ=0.154 06 nm），以10°/min的掃描速率測量了所制備催化劑的晶相。使用美國Micrometrics Tristar-3020型物理吸附儀，在液氮溫度下進行N2物理吸附，測定樣品的比表面積及孔徑大小。

2.3 光催化劑對水樣中羅丹明B的去除

分別取0.02 g CN、UCN置于50 mL（10 mg/L）羅丹明B溶液中，達到吸附平衡后，置于多通道光催化反應系統(tǒng)內(nèi)，開啟光源，每隔10 min取出反應液，通過0.45 μm過濾膜后，利用紫外分光光度計測其水樣中羅丹明B的濃度。

3 結果與討論

3.1 樣品的XRD分析

所制備樣品的XRD圖譜如圖1所示，兩者在13.1°和27.7°處均觀察到兩個特征衍射峰，分別對應于石墨相氮化碳的（100）和（002）晶面[6-7]。相比于純石墨相氮化碳，改性后的氮化碳的特征峰強度均有所下降，說明煅燒研磨后的氮化碳粉末使得氮化碳碎片化，結晶度下降，導致峰強度降低。由XRD結果可以得知，UCN的結構產(chǎn)生變化，樣品成功實現(xiàn)改性。

圖1 CN、UCN的XRD光譜

3.2 UCN的比表面積分析

圖2為UCN的氮氣吸附-脫附曲線。由圖2可知，UCN樣品吸附-脫附曲線屬于IV型曲線，在P/P0＜0.8范圍內(nèi)，吸附曲線與脫附曲線出現(xiàn)一種接近重合的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象表明，樣品存在較多空隙。經(jīng)分析測定，UCN樣品的比表面積為192 m2/g，相比于文獻所報道的三聚氰胺熱聚合所制備的氮化碳，改性后氮化碳的比表面積得到大大增加。結果表明，通過煅燒研磨后的氮化碳粉末制備的改性氮化碳可以產(chǎn)生更多的活性位點，能有效提高樣品的光催化效率。

圖2 UCN氮氣吸附-脫附曲線

3.3 光催化性能測試

圖3為樣品的RhB降解結果，圖4為降解速率的擬合圖。擬合結果表明，該反應遵循準一級反應動力學，在90 min的可見光照射下，通過數(shù)據(jù)擬合，得到CN光催化降解羅丹明B的反應速率常數(shù)為0.001 0 min-1，而UCN光催化降解羅丹明B的反應速率常數(shù)提高到0.024 6 min-1。由以上數(shù)據(jù)可知，改性后的UCN具有更高的催化活性。

圖3 樣品的RhB降解結果

圖4 降解速率的擬合

4 結語

利用煅燒研磨后的氮化碳粉末成功實現(xiàn)了氮化碳的改性，XRD、BET等系列表征表明，改性后氮化碳的比表面積大大增加；光催化降解結果說明，改性后的氮化碳降解羅丹明B的活性大大提高。