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
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(h )、超氧自由基(•O 2 )和氢氧自由基(•OH), the photocatalytic degradation of tetracycline