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浅谈复合材料的光催化性能

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摘要：随着社会的快速发展和人们生活水平的不断提高，由工业产生的废弃物对环境造成了严重的污染。其中污水及废气排放给环境造成了越来越大的负担，并且时刻威胁着人们的身心健康。正因如此，如何治理水污染已经变得更为迫切。光催化法的优点是成本比较低廉、氧化能力较强、反应的条件容易控制，能够很容易将污染物降解为二氧化碳、水和其他一些无毒无害的物质。近些年来，污水处理等领域已经广泛应用了光催化技术。目前，对环境友好型的合成光催化材料越来越被学术界所受关注。

关键词：复合材料；光催化；磁石；石墨相氮化碳；催化剂；降解RhB

1、相关概念

1.1复合材料

复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草或麦秸增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。现代高科技的发展离不开复合材料，复合材料对现代科学技术的发展，有着十分重要的作用。复合材料的研究深度和应用广度及其生产发展的速度和规模，已成为衡量一个国家科学技术先进水平的重要标志之一。复合材料是一种混合物。在很多领域都发挥了很大的作用，代替了很多传统的材料。

1.2光催化效应

光催化技术已经广泛应用于包括解决能源问题，分解水中有机物，消除温室效应等各项领域中。目前，对环境友好型的合成光催化材料越来越被学术界所受关注。其中二氧化钛是最早被研究的光催化剂。然而，由于其较宽的能带隙，使得其只能吸收太阳光中紫外光，而紫外光仅占太阳全部能量的３％～５％左右，这大大地限制了二氧化钛的应用。近年来，一种新的半导体光催化剂石墨相氮化碳引起了学者们越来越多的关注，由于其独特的电子结构、光学构造使得它拥有较高热稳定性和光催化性。石墨相氮化碳具有无毒、廉价等特性，获取方式较容易。但其空穴复合率高，水中分散能力差，因此其缺点也很明显。

但是，磁石具有很好的电磁性能以及显著的机械硬度，已被用于修饰多种光催化半导体材料中。然而石墨相氮化碳更加微小，与磁石的结合难度更大。但通过相应的理论研究表明，磁石与石墨相氮化碳作为一种高效去除有机污染物的光催化剂是可行的。

2、光催化实验

在可见光照射下，通过降解水介质中罗丹明B（Rhb）对复合纳米材料进行光催化活性评测。采用300W的氙灯作为光源，Rhb溶液体积均为25mL，加入溶度都为0.1g/L的不同质量分数的磁石与石墨相氮化碳催化剂。此外，为验证磁石与石墨相氮化碳两种材料本身的光催化性能以及磁石与石墨相氮化碳简单混合后光催化性能，本实验还设置两组对照实验，一份加入与磁石与石墨相氮化碳含量相同的磁石，另一份将磁石与石墨相氮化碳搅拌混合，均在黑暗中搅拌0.5h，控制溶液pH为5，每隔一定时间取样，过滤后用紫外可见光谱仪测定底物吸光度的变化。

3、实验用主要仪器及设备

表1主要仪器和设备一览表

仪器编号

仪器名称

规格型号

生产厂家

1

水热反应釜

NDJ-7

上海精密科学仪器有限公司

2

磁力搅拌器

78HW-1

江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司

3

程序控温烘箱

BGZ-30

上海博讯实业有限公司医疗设备厂

4

光化学反应仪

BL-GHX-V

上海比朗仪器制造有限公司

5

可见光分光光度计

T6新悦

北京普析通用仪器有限责任公司

6

电子天平

FA2204B

上海佑科仪表有限公司

7

超声波清洗器

HN6-180

郑州汗诺仪器设备有限公司

8

透射电镜

EVO18

德国

9

X射线衍射仪

D/max2509PC

日本理学株式会社

4、试验结果和讨论

4.1热稳定性分析

加热温度范围在之间几乎没有重量损失，这表明所制备的磁石纳米颗粒具有良好的热稳定性。复合纳米材料磁石与石墨相氮化碳在100℃~400℃有一次轻微的失重，造成重量损失的原因可能是其表面吸附了的结合水受热蒸发。而磁石与石墨相氮化碳在480℃~520℃范围内，其质量迅速下降，造成重量损失的原因可能是此时材料中石墨相氮化碳受热分解。等质量稳定不再改变。

4.2X射线衍射仪分析

通过磁石与石墨相氮化碳复合材料的在X射线衍射仪下检测可发现，石墨相氮化碳的质量分数增加，石墨相氮化碳的衍射峰增强。不同磁石含量的复合材料在不同衍

射角度下出现的衍射峰与石墨相氮化碳表现出两个典型的衍射峰刚好重合，这表明磁石与石墨相氮化碳复合材料具有与石墨相氮化碳和相似的类石墨

片状结构。

4.3透射电镜扫描分析

通过透射电镜扫描分析磁石与石墨相氮化碳复合材料的形貌和分散状态，成功制备了纳米级的磁石球状颗粒。经过观测，石墨相氮化碳呈现层状结构。显然磁石球状颗粒分散在层状石墨相氮化碳表面上。经