Page 183 - 《精细化工》2022年第10期

第 10 期 张仰全，等: Zr 掺杂 g-C 3 N 4 光催化降解有机污染物 ·2117·

5Zr/g-C 3 N 4 和 10Zr/g-C 3 N 4 对 RhB 的降解率分别为 用量的提升，降解率升高。而当 5Zr/g-C 3 N 4 用量升
44.90%、87.67%、95.92%、99.29%和 98.76%。与纯 至 0.20 g 时，RhB 降解率较 0.05 g 时有所下降，为
g-C 3 N 4 相比，Zr 掺杂后样品的光催化活性显著增强， 98.12%，这是由于过量的催化剂会阻碍光的吸收，
其中 5Zr/g-C 3 N 4 样品具有最佳活性，降解率约为纯 在光照强度一定条件下，光生电子与空穴的产生与
g-C 3 N 4 的 2.2 倍，由于其比表面积更大，使参与反 分离受限，而催化剂过量也会导致其在光催化过程
应的活性位点增多，传质-扩散过程加快，也得益于 中发生团聚现象，影响光催化活性。因此，确定
其较强的吸光性能及光生电子-空穴对复合率的降 5Zr/g-C 3 N 4 降解 RhB 的最佳用量为 0.05 g。
低。当 Zr 掺杂量进一步增加时，光催化活性略有降
低，可能是 Zr 掺杂量的增加阻碍了 g-C 3 N 4 孔结构
的形成。根据一级动力学方程绘制出–ln(ρ t /ρ 0 )与时
间 t 线性相关的直线，并计算出相应的速率常数（k

值），如图 8b 所示。从图 8b 可以看出，5Zr/g-C 3 N 4
–1
的 k 值最大，为 0.08647 min ，约是纯 g-C 3 N 4 的 8.3
倍，说明 Zr 的掺杂显著提高了 g-C 3 N 4 对 RhB 的光
催化降解性能。

图 9 5Zr/g-C 3 N 4 用量对 RhB 降解活性的影响
Fig. 9 Effects of different dosages of 5Zr/g-C 3 N 4 on RhB
degradation activity

2.2.3 pH 对降解 RhB 的影响
为探究溶液酸碱性对 RhB 降解作用的影响，利
用 HCl 和 NaOH 调节初始 RhB 溶液的 pH 进行光催
化降解实验，除初始 RhB 溶液的 pH 不同外，其余
条件均与 1.4 节相同，结果如图 10 所示。

图 8 不同催化剂降解 RhB 的活性（a）及拟合线（b）
Fig. 8 Degradation activity of different catalysts on RhB 图 10 不同 pH 对 5Zr/g-C 3 N 4 降解 RhB 的影响
(a) and fitting curves (b) Fig. 10 Effects of different pH on degradation of RhB by

5Zr/g-C 3 N 4
2.2.2 5Zr/g-C 3 N 4 用量对降解 RhB 的影响
为探究催化剂用量对光催化性能的影响，在降 从图 10 可以发现，pH 由 1 逐步升高至 11 时，
解 RhB 时选择不同 5Zr/g-C 3 N 4 用量（0.02、0.05、 光照 60 min 后 RhB 降解率呈现逐步下降趋势，分别
0.2 g）进行实验，除此之外，其余条件均与 1.4 节 为 99.57%、99.51%、99.39%、99.29%、69.27%和
相同，结果如图 9 所示。 58.07%，在酸性条件下催化剂降解率略有所提升，
从图 9 可以看出，当 5Zr/g-C 3 N 4 用量为 0.02 g 而碱性条件使 RhB 降解率呈现明显下降趋势。这是
和 0.05 g 时，光照 60 min 后对 RhB 的降解率分别 由于光催化过程中，g-C 3 N 4 中的—N==与 RhB 的—
为 97.03%和 99.29%，而相同用量下 g-C 3 N 4 对 RhB COOH 相互作用，在酸性条件下使 RhB 吸附于
的降解率分别为 25.86%和 44.90%，在相同用量下 g-C 3 N 4 的表面，有利于活性物质对 RhB 的降解；在
+
5Zr/g-C 3 N 4 有更好的光催化性能，且在此范围内随 碱性条件下，降解过程中产生的 CO 2 将消耗 h 并转