Page 80 - 《精细化工》2020年第7期
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·1362·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 37 卷

                                                               以四环素作为光催化降解目标物,通过引入不同的
                                                               自由基捕获剂,研究 g-C 3 N 4 /ZnCo 2 O 4 复合材料的光
                                                               催化机制,结果见图 6。其中,添加叔丁醇起到抑
                                                               制体系在降解过程中对•OH 产生的作用,添加草酸
                                                               钠起到抑制体系在降解过程中空穴(h )产生的作
                                                                                                 +

                                                                                                        ‒
            图 3  ZnCo 2 O 4  (a)和 10%负载量的 g-C 3 N 4 /ZnCo 2 O 4 复  用,添加对苯醌起到抑制体系在降解过程中•O 2 产生
                  合材料(b)的 SEM 图                                的作用。由图 6 可知,在其他条件都不变的情况下,
            Fig.  3    SEM  images  of  ZnCo 2 O 4  (a)  and  g-C 3 N 4 /ZnCo 2 O 4   当加入叔丁醇和对苯醌时,其对催化效率几乎没有
                   composites with 10% g-C 3 N 4  loading amount (b)
                                                               影响,而加入草酸钠后,催化剂的活性明显降低,
                                                                                                 +
            微球的表面,导致表面粗糙程度增加, g-C 3N 4/                        这表明光催化反应过程中光生空穴(h )主要起到
            ZnCo 2O 4 复合材料相较 ZnCo 2 O 4 微球径向尺寸增大。              降解四环素的作用。
            2.2    光催化降解四环素
                 图 4 为不同材料对四环素的降解效果比较。由图
            4 可知,ZnCo 2O 4 微球材料引入 g-C 3N 4 后能够有效提
            高四环素的降解率。g-C 3N 4 通过与 ZnCo 2O 4 微球材料
            的复合,光催化性能得到显著提高。当 g-C 3N 4 负载量
            为 10%(10% g-C 3N 4)时,复合材料呈现出最高的光
            催化效率。以下光催化实验,如无特殊说明,选用负
            载量 10%  g-C 3N 4 的 g-C 3N 4/ZnCo 2O 4 复合材料进行光
            催化实验。

















                   图 4    不同材料对四环素的降解效果比较

            Fig. 4    Comparison of degradation effects of different materials   图 5    g-C 3 N 4 /ZnCo 2 O 4 复合材料不同光催化时间四环素
                  on tetracycline
                                                                     溶液的 UV-Vis 图及相应降解率
                                                               Fig. 5    UV-Vis spectra and corresponding degradation rate
                 图 5 为不同光催化时间下的四环素溶液的                                of tetracycline solution of g-C 3 N 4 /ZnCo 2 O 4  composite
            UV-Vis 光谱图和 g-C 3 N 4 /ZnCo 2 O 4 复合材料循环使                at different photocatalytic time
            用 5 次的降解率。随着光照时间的增长,四环素的
            降解率逐渐增大,当光照时间达到 120  min 时,四
            环素的降解率达到 90.02%。随着光催化剂的使用循
            环次数增加,光催化效果呈现降低趋势,第 5 次使
            用时降解率依然可达到 73.00%。
                 根据 lnρ/ρ 0=kt(ρ 是四环素溶液质量浓度,mg/L;
            ρ 0 是光照前四环素溶液质量浓度,mg/L;t 为时间,
                                      –1
            min;k 为动力学常数,min ),计算得到 g-C 3 N 4 /
                                                       –1
            ZnCo 2 O 4 复合材料的动力学常数 k 为 0.0173 min 。
            2.3   光催化降解机理
                                                                图 6    光催化降解四环素的活性分子捕获实验降解率
                 在光催化反应过程中,起氧化作用的有空穴                           Fig.  6    Trapping  experiments  of  the  active  species  during
               +
                                  ‒
            (h )、超氧自由基(•O 2 )和氢氧自由基(•OH),                             the photocatalytic degradation of tetracycline
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