g-C3N4摻雜錳鋅鐵氧體復(fù)合物的制備及光催化性能研究*

張 瀟, 王黎明, 徐麗慧, 沈 勇, 解明睿

(上海工程技術(shù)大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，上海 201620)

0 引 言

工業(yè)廢水中的有機(jī)物，例如難降解的染料等物質(zhì)，引發(fā)的環(huán)境污染已成為世界性問題，因而有效的水處理方法仍然需要研究和完善[1]。在多種傳統(tǒng)的化學(xué)、物理和生物水凈化方法中，包含F(xiàn)enton反應(yīng)、光催化、超聲波分解及臭氧氧化等在內(nèi)的高級氧化工藝(AOPs)具有高效、簡單、實(shí)用的特點(diǎn)，能夠無選擇性地降解污染物并具備較好的重現(xiàn)性[2]。與此同時，這些方法還存在合成條件相對苛刻、合成路線復(fù)雜以及較高的成本等缺點(diǎn)。因此，有必要設(shè)計(jì)出一種穩(wěn)定、可重復(fù)使用且具有較高經(jīng)濟(jì)效益的光化學(xué)催化劑。

半導(dǎo)體的光催化劑能夠?qū)⒂袡C(jī)污染物礦化降解，可有效地應(yīng)對由該類廢棄物造成的環(huán)境問題。近年來，石墨碳氮化物(g-C3N4)作為可持續(xù)的可見光催化劑，因其具有較高的硬度、穩(wěn)定性以及低成本[3-4]，被判定為優(yōu)秀的光催化材料。然而，g-C3N4有限的非定域?qū)щ娦浴⑤^低的比表面積及較高的光生載流子復(fù)合速率，在一定程度上降低其光催化效率[5-6]。g-C3N4材料本身的缺陷可通過共聚、摻雜等改性處理進(jìn)行改善，如BiOBr/g-C3N4[7]、ZnO/g-C3N4[8]、TiO2/g-C3N4[9]等被設(shè)計(jì)出，通過提升光生電子/空穴的分離效率，實(shí)現(xiàn)對有機(jī)污染物的有效降解。

當(dāng)粉體的納米材料作為催化劑使用時，通常難以從液相中分離，因此磁性材料的引入能夠極大地提升光催化劑的可重復(fù)利用率[10]。在對g-C3N4與尖晶石鐵氧體(MFe2O4，M是Mn2+、Zn2+等雙價陽離子)復(fù)合材料的光催化及降解有機(jī)污染物應(yīng)用的研究中[11-13]，MnZnFe2O4(MZF)因其獨(dú)特的催化性能和高電磁性備受關(guān)注[14-15]。本文采用自組裝方法制備出新型g-C3N4摻雜錳鋅鐵氧體復(fù)合物，g-C3N4/MZF形成p-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)，可有效提高材料的光催化性能，增加光響應(yīng)范圍，使得光生載流子有效分離。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 主要實(shí)驗(yàn)材料和儀器

材料：羅丹明B，三聚氰胺,MnSO4·H2O， ZnSO4·6H2O，F(xiàn)eCl3·6H2O，NH4HCO3，乙醇，甲醇和檸檬酸(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)。實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

儀器：馬弗爐(GR.AF4.5/14型，上海貴爾機(jī)械設(shè)備有限公司)，掃描電子顯微鏡(S-4800型，日本HITACHI公司)，透射電子顯微鏡(FEI Tecnai G2 F20型，荷蘭帕納科公司),X射線衍射儀(X’pert Powder型，荷蘭帕納科公司)，光化學(xué)反應(yīng)儀(BL-GHX-V型，上海比朗儀器制造有限公司)，X射線光電子能譜儀(250XI型，美國Thermo公司)，PPMS-9儀器(美國Quantum Design公司)UV-2000型紫外透射率分析儀(美國Labsphere公司)，紫外-可見分光光度計(jì)(UV-3600型，日本島津公司)，F(xiàn)T-IR光譜儀(Spectrum-two型，帕金埃爾默儀器上海有限公司)等表征材料的形貌、元素組成、光學(xué)活性和磁性能等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 g-C3N4制備

稱取5 g三聚氰胺，以5 ℃/min的速率加熱至550 ℃，并于該溫度下持續(xù)加熱4h后，取出經(jīng)充分研磨獲取粉體，待用[13]。

1.2.2 錳鋅鐵氧體的制備

以3∶2∶5摩爾比將MnSO4·H2O，ZnSO4·7H2O，F(xiàn)eCl3·6H2O配制成混合液，并將其轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜內(nèi)，于50 ℃水浴條件下，在30 min內(nèi)逐滴加入金屬離子1.5倍摩爾量的NH4HCO3，再以NaOH 溶液調(diào)節(jié)pH值至7.4，繼續(xù)攪拌40min。待反應(yīng)結(jié)束，產(chǎn)物于室溫陳化12h，后經(jīng)抽濾、洗滌及烘干，獲得MZF前軀體，再將其置于馬弗爐中在1150 ℃下煅燒3h，得到MZF[16-17]。

1.2.3 g-C3N4/錳鋅鐵氧體復(fù)合材料的制備

采用自組裝法[11-13]，將加入一定量g-C3N4后的甲醇與加入MZF的檸檬酸、水和乙醇混合溶液分別超聲分散，再將兩懸浮液混合，繼續(xù)超聲30min后，轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中持續(xù)機(jī)械攪拌2h，并于90 ℃下回流3h后停止加熱，待冷卻至室溫后停止攪拌。產(chǎn)物經(jīng)過濾，去離子水和無水乙醇多次洗滌后，于60 ℃干燥12h，得到g-C3N4/MZF復(fù)合材料。與此同時，進(jìn)一步改變摻雜的質(zhì)量比，制備g-C3N4/MZF(1:1), g-C3N4/MZF(2:1),g-C3N4/MZF(3∶1)和g-C3N4/MZF(3∶2)復(fù)合物。

1.3 測試與表征

1.3.1 X-射線衍射分析(XRD)

本文采用荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的X’pertPowder型X射線衍射分析儀，掃描范圍20～80°，判斷g-C3N4，MZF和g-C3N4/MZF的晶體結(jié)構(gòu)。

1.3.2 傅里葉紅外光譜(FT-IR)

通過FT-IR光譜儀(Spectrum-two 型，帕金埃爾默儀器上海有限公司)分析g-C3N4，MZF和g-C3N4/MZF的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分分析。

1.3.3 掃描電子顯微鏡(SEM)

通過掃描電子顯微鏡(S-4800型，日本HITACHI公司)，觀察MZF的微觀形貌。

1.3.4 透射電子顯微鏡(TEM)

采用透射電子顯微鏡(FEI Tecnai G2 F20型，荷蘭帕納科公司)，觀察g-C3N4/MZF復(fù)合物的微觀形貌。

1.3.5 紫外-可見漫反射光譜分析(DRS)

通過Lambda1050紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)(帕金埃爾默儀器上海有限公司),分析g-C3N4，MZF和g-C3N4/MZF催化劑光吸收性能的測定。

1.3.6 光電子能譜測試(XPS)

采用美國Thermo公司的250XI型X射線光電子能譜儀,測定g-C3N4，MZF和g-C3N4/MZF的元素組成和價帶譜結(jié)構(gòu)。

1.3.7 磁滯回線測試(VSM)

通過美國Quantum Design公司的PPMS-9儀器，對MZF和g-C3N4/MZF進(jìn)行磁滯回線測試，評定材料的矯頑力，剩磁，飽和磁化強(qiáng)度，表征材料的磁性。

1.3.8 光催化活性測試

通過對溶液中羅丹明B的降解程度，評價所制材料的光催化活性，該過程在光反應(yīng)儀裝置(BL-GHX-V型，上海比朗儀器制造有限公司)中進(jìn)行，以300 W氙燈為光源模擬可見光，并配制10 mg/L的RhB溶液作為指示劑，催化劑用量為0.5g/L。光反應(yīng)前，通過30 min的暗處理使樣品對指示劑達(dá)到吸附平衡，光反應(yīng)開始后，每隔30 min取樣，離心取上層清液, 使用紫外可見分光光度計(jì)測定其在RhB最大吸收波長554nm處的吸光度，再將所得數(shù)值代入公式(1)

η降解率= (Ct/C0)×100%

(1)

計(jì)算樣品的光催化效率，其中C0、Ct分別為 RhB的光催化初始濃度和t時刻的濃度(mg/L)。為了更加細(xì)致地分析降解過程，采用偽一階模型[13]擬合實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，結(jié)果說明催化劑降解RhB的行為符合一級反應(yīng)動力學(xué)方程，一級速率常數(shù)k(min-1)的計(jì)算公式(2)如下:

k=ln(Ct/C0)/t

(2)

其中l(wèi)n(Ct/C0)隨光照時間t(min)的變化呈線性關(guān)系，表明ln(Ct/C0)光解RhB的過程為一級動力學(xué)反應(yīng)。通過比較各樣品的光催化活性判定復(fù)合物的最佳摻雜比例，并以此方法進(jìn)行5次重復(fù)試驗(yàn)，評價催化劑的使用穩(wěn)定性及活性變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 材料的晶體結(jié)構(gòu)分析(XRD)

將制備的MZF，g-C3N4/MZF和g-C3N4進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)(XRD)分析，結(jié)果如圖1所示。圖1顯示，在30.5°、35.0°、43.1°、53.5°、57.1°、62.6°處出現(xiàn)MZF的衍射峰，分別與標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPD74-2401)[14]中(220)、(311)、(400)、(422)、(511)和(440)晶面所對應(yīng)的衍射峰一致。另外，MZF材料的特征峰出現(xiàn)明顯的寬化現(xiàn)象，說明其晶粒尺寸較為細(xì)小；g-C3N4在13.3°衍射角處出現(xiàn)較弱的衍射峰，與g-C3N4中的(100) 晶面對應(yīng)，這是g-C3N4的平面3-s-三嗪結(jié)構(gòu)單元形成的特征峰。g-C3N4在2θ為27.6°處出現(xiàn)較強(qiáng)的衍射峰，可以索引為(002)衍射面(JCPDS87-1526)[8]，由芳香族結(jié)構(gòu)層間堆疊產(chǎn)生；g-C3N4/MZF復(fù)合物中MZF的晶相幾乎保持不變，而g-C3N4晶體只觀察到(002)面衍射峰，并未觀察到(100)面所對應(yīng)的衍射峰，因此能夠推斷g-C3N4與MZF 復(fù)合后對g-C3N4晶體的周期性結(jié)構(gòu)造成一定的破壞。

圖1 MZF, g-C3N4/MZF和g-C3N4的XRD衍射圖Fig 1 XRD patterns of MZF, g-C3N4/MZF and g-C3N4

2.2 材料的傅里葉紅外光譜分析(FT-IR)

圖2為g-C3N4/MZF, MZF和g-C3N4的FT-IR譜圖。從圖2中可知3 159 cm-1處觀測到N-H 鍵的伸縮振動峰，而位于1 631 cm-1處的吸收峰分別對應(yīng)O-H鍵的伸縮振動和彎曲振動。純凈MZF樣品在544 cm-1處的吸收峰，對應(yīng)于中Fe-O[15]帶的對稱拉伸振動峰，此特征峰是尖晶石型鐵氧體結(jié)構(gòu)中所特有的金屬氧離子的振動吸收峰。g-C3N4譜線上主要的吸收峰依次位于1236, 1317, 1403和1 539 cm-1，與碳氮六元雜環(huán)的典型伸縮振動對應(yīng)[8]，而在806 cm-1處的吸收峰代表著三嗪環(huán)結(jié)構(gòu)的彎曲振動。在g-C3N4/MZF復(fù)合物吸收圖譜中，g-C3N4和 MZF的全部特征吸收峰均可被觀測到，由此證明g-C3N4和MZF兩相共存于g-C3N4/MZF復(fù)合物中，且該結(jié)果與XRD 分析中的結(jié)論一致。

圖2 g-C3N4/MZF, MZF和g-C3N4的FT-IR測試圖Fig 2 FT-IR spectra of g-C3N4/MZF, MZF and g-C3N4

2.3 材料的形貌分析(SEM、TEM)

通過SEM(圖3)可以觀察到典型尖晶石狀的MZF微觀結(jié)構(gòu)。在TEM(圖4a)分析中可清楚的看到g-C3N4具有類石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)。圖4b中，MZF為暗的部分，g-C3N4為亮的部分，二者表現(xiàn)出良好的相互交雜并具有光滑的連接處。通過觀察圖4c，g-C3N4和MZF異質(zhì)結(jié)的形成被進(jìn)一步驗(yàn)證，MZF為核被g-C3N4外殼包圍。此外，還可以清晰的觀測到MZF的(311)面對應(yīng)的2.56? (由Scherrer公式計(jì)算得到)原子晶格條紋(圖4d)，g-C3N4的(002)面清晰可見，這與XRD的結(jié)果相符合。而在圖4e中，g-C3N4/MZF復(fù)合材料的EDS光譜也證明了錳、鋅、鐵、碳、氮和氧的存在。在進(jìn)行TEM測試之前復(fù)合物經(jīng)過長時間的超聲處理，而g-C3N4/MZF的連接界面依舊存在，由此說明了兩者的連接為強(qiáng)相互作用，g-C3N4/MZF在結(jié)構(gòu)上形成了異質(zhì)結(jié)，而不是兩個分離相的物理混合物，這種緊密耦合有利于電荷在g-C3N4和MZF之間轉(zhuǎn)移，并促進(jìn)光生電子-空穴對的分離，從而提高光催化性能[18]。

圖3 MZF的SEM電鏡圖Fig 3 SEM pattern of MZF

圖4 g-C3N4/MZF(3:2)的TEM圖像(a,b,c,d)和TEM-EDs(e)圖像Fig 4 TEM images and TEM-EDS image of g-C3N4/MZF(3∶2)

2.4 材料的光電子能譜分析(XPS)

圖5為g-C3N4/MZF的X射線光電子能譜，圖5(a)中g(shù)-C3N4/MZF的全譜測試結(jié)果，用C 1s電子結(jié)合能(285.2eV)進(jìn)行校正。各元素所對應(yīng)的特征峰均已在譜線上標(biāo)注。圖5(b)～圖5(g)分別為Mn 2p，Zn 2p，F(xiàn)e 2p，N 1s，C 1s，O 1s的精細(xì)掃描圖譜。圖5(b)為Mn 2p軌道光譜圖，Mn 2p和g-C3N4/MZF中的各元素相比，相對含量較少，因此在全譜和單個元素的軌道光譜中，特征峰并不突出，在650.4和640.0eV結(jié)合能處觀測到Mn 2p1/2和Mn 2p3/2特征峰,說明Mn元素主要以2+的價態(tài)存在。圖5(c)可觀察到Zn元素2p1/2和2p3/2的對應(yīng)軌道的電子結(jié)合能分別為1043.8和1020.6eV，和Zn2+的化合物的特征峰描述一致。在圖5(d)Fe 2p的軌道的光譜圖中，F(xiàn)e 2p1/2和Fe 2p3/2兩個主能譜峰的結(jié)合能分別是724.4和710.6 eV，在715.1 eV處是Fe3+化合物的衛(wèi)星峰。圖5(e)的N 1s軌道光譜中，在398.1、398.8和400.2 eV處出現(xiàn)N 1s特征衍射峰，分別對應(yīng)的是C-N-C，N-(C)3和N-H各化學(xué)環(huán)境中的N元素的特征衍射峰。在C 1s圖譜圖5(f)中，287.8 eV的特征峰是N-C=N中的C，在284.2 eV觀察到的衍射峰是碳氮化合物中C的特征峰。在531.7和529.3 eV結(jié)合能處出現(xiàn)的氧峰O1s，如圖5(g)所示，分別對應(yīng)的水分子中-OH的O和MZF中晶格中的O。XPS的圖譜表明g-C3N4已成功摻雜到材料中，其結(jié)果與XRD分析結(jié)果相符。

圖5 (a) g-C3N4/MZF(3:2)XPS的全譜圖；(b)Mn 2p的XPS光譜圖；(c)Zn 2p的XPS光譜圖；(d)Fe 2p的XPS光譜圖；(e)N 1s的XPS光譜圖；(f)C 1s的XPS光譜圖和(g)O 1s的XPS光譜圖Fig 5 (a) XPS survey of g-C3N4/MZF(3:2); (b) Mn 2p XPS spectra; (c) Zn 2p XPS spectra; (d) Fe 2p XPS spectra; (e) N 1s XPS spectra; (f) C 1s XPS spectra and (g) O 1s XPS spectra

2.5 材料的光催化活性及光催化機(jī)理

2.5.1 材料的光催化活性

用對RhB的降解能力對材料g-C3N4，MZF和g-C3N4/MZF進(jìn)行光催化性能評定。圖6a為在黑暗環(huán)境中樣品對RhB的降解曲線，通過空白及對照實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)樣品30 min后對RhB達(dá)到吸附/解吸平衡，RhB基本未被降解，說明催化劑對RhB僅造成極少的吸附效果。而在g-C3N4/MZF(3:2)/H2O2體系中，出現(xiàn)一定程度的降解，其原因?yàn)镠2O2分解出少量的·OH。圖6b為0.5g/L的不同種催化劑在一定量的電子捕獲劑及可見光條件下降解100mLRhB的濃度變化曲線。由圖6b可知，MZF催化劑對RhB的降解效果較差，純g-C3N4則表現(xiàn)出較高的光催化活性，這歸因于g-C3N4帶隙和獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)。而g-C3N4/MZF復(fù)合物在加入H2O2和可見光照射的條件下對RhB具有明顯的降解作用，降解率達(dá)到96.0%，這是因?yàn)樵搹?fù)合物的有效異質(zhì)界面異質(zhì)結(jié)有效地提高了材料的光催化活性，降低了光生電子和空穴的復(fù)合速率。其中0.5g/L的g-C3N4/MZF(3∶2)/可見光條件下降解效果最好，照射210min后，對RhB的降解率達(dá)到96.0%。

圖6 (a)不同反應(yīng)物黑暗中對RhB降解率; (b)各樣品在H2O2(0.05mol)/可見光條件下對RhB 降解率; (c)各樣品在H2O2(0.05mol)/可見光降解RhB一級動力學(xué)擬合; (d)g-C3N4/MZF(3∶2)/可見光不同H2O2濃度對RhB 降解率;(e)g-C3N4/MZF(3∶2)/可見光不同H2O2濃度降解RhB一級動力學(xué)擬合Fig 6 (a) The degradation rate of RhB by different reactants in the dark; (b) the degradation rate of RhB in each sample under H2O2 (0.05mol) /vis; (c) the first-order kinetics fitting of RhB degradation of each sample under H2O2 (0.05mol)/vis; (d) the RhB degradation rate of g-C3N4/MZF(3∶2)/vis at different H2O2 concentrations; (e) the first-order kinetics fitting of RhB degradation by g-C3N4/MZF(3∶2)/vis with different H2O2 concentrations

為了更好的觀察復(fù)合物的降解規(guī)律和反應(yīng)動力學(xué)，用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合了一階反應(yīng)動力學(xué)，結(jié)果如圖6(c)所示。g-C3N4/MZF(3:2)復(fù)合物的降解速率將對最高為k=0.01278 min-1。實(shí)驗(yàn)還對H2O2作為電子捕獲劑的用量進(jìn)行了討論，H2O2的濃度為影響復(fù)合物降解效率的重要因素[19]。圖6(d)為在可見光條件下不同濃度H2O2與0.5g/L的g-C3N4/MZF(3∶2)催化劑降解RhB的降解率曲線。同時結(jié)合降解速率變化曲線(圖6e)，結(jié)果表明0.05mol的用量為電子捕獲劑的最佳用量。在0.005～0.05 mol/L的H2O2用量范圍內(nèi)，隨著捕獲劑用量的增加催化劑的降解速率常數(shù)明顯提高。然而，當(dāng)H2O2初始濃度進(jìn)一步增至0.1 mol/L時，降解速率常數(shù)出現(xiàn)下降，此現(xiàn)象可解釋為過氧化氫的抑制作用，H2O2濃度的增加可促進(jìn)·OH自由基的清除和隨后新的自由基(H2O·)形成。

2.5.2 材料的光催化機(jī)理

用紫外可見漫反射光譜研究了樣品的光吸收性能[20-21]，結(jié)果見圖7a，MZF樣品對光有較強(qiáng)的吸收強(qiáng)度，MZF的摻雜使g-C3N4吸收峰發(fā)生明顯紅移，并對可見光吸增強(qiáng)度，g-C3N4/MZF(3∶2)的最大吸收帶為524nm，復(fù)合材料提高了光的利用率。同時g-C3N4/MZF的光吸收曲線與純 g-C3N4的吸光度曲線接近,即在可見光范圍(<540nm)內(nèi)均發(fā)生吸收，但其吸收能力強(qiáng)于純 g-C3N4。計(jì)算(ahv)2并與 hv作圖，如圖7(b)所示，g-C3N4/ MZF的禁帶寬度(Eg)為2.73 eV，而g-C3N4和MZF的帶隙分別為2.76和0.615 eV，再通過XPS[22]價帶譜圖(圖7(c))得到3種材料的帶隙結(jié)構(gòu)(圖7(d))，所制復(fù)合物具備較大的光吸收范圍，較高的可見光利用率及光催化效率。

圖7 (a)樣品紫外漫反射; (b)(ahv)2對 hv的帶隙計(jì)算圖; (c)XPS價帶譜圖;(d)帶隙結(jié)構(gòu)Fig 7 (a) Diffuse UV-vis DRS spectra; (b) plots of (ahv)2vs.hv; (c) valence band XPS spectra; (d) the band structures of the samples

圖8 g-C3N4/MZF/H2O2/vis體系降解RhB的機(jī)理Fig 8 Mechanism for RhB degradation by g-C3N4/MZF/H2O2/vis system

(3)

(4)

H2O2+e-→·OH+OH-

(5)

h++H2O→·OH+H+

(6)

·OH + RhB→degradation products

(7)

2.6 g-C3N4/MZF的磁性及重復(fù)實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性

g-C3N4/MZF樣品經(jīng)5次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的RhB降解曲線如圖9(a)所示，第5次實(shí)驗(yàn)中對Rh B的降解率仍可保留在90%以上，有著較好穩(wěn)定的光催化活性。

圖9(b)為樣品光催化反應(yīng)前后的XPS圖譜，圖中反應(yīng)前后復(fù)合物的特征峰并未消失，說明g-C3N4/MZF在反應(yīng)過程中僅起催化作用，且有著穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。圖9(c)為所制MZF和g-C3N4/MZF(3:2)的磁滯回線譜圖，兩種樣品的飽和磁化強(qiáng)度(Ms)分別為91.1 和43.4 Am2·kg-1，內(nèi)插圖為反應(yīng)后用磁鐵回收復(fù)合物圖，10s內(nèi)可將g-C3N4/MZF全部回收。由圖9(d)可知材料MZF和g-C3N4/MZF的剩余磁化強(qiáng)度(Mr)分別為0.789 和0.037Am2·kg-1；矯頑力(Hc)分別541.28 A/m和83.58 A/m；制備的產(chǎn)物具有較低的矯頑力(83.58 A/m)。證明復(fù)合材料g-C3N4/MZF有著較強(qiáng)的磁性，易磁化且易退磁，便于分離和回收并循環(huán)使用[20]。

圖9 (a)g-C3N4/MZF(3:2)材料重復(fù)實(shí)驗(yàn)對RhB降解能力的變化;(b)反應(yīng)前后樣品的XPS譜圖; (c)MZF和g-C3N4/MZF(3:2)的磁滯回線譜圖(插圖為使用外部磁鐵進(jìn)行磁分離后的溶液);(d)剩余磁化強(qiáng)度(Mr)和矯頑力圖(Hc)Fig 9 (a) Photocatalytic performance of g-C3N4/MZF(3:2) in repeated experiments; (b) XPS spectra of samples before and after reaction; (c) hysteresis loops for MZF and g-C3N4/MZF(3:2) (the insets show the solution after magnetic separation using an external magnet); (d) remanent magnetization(Mr) and coercivity diagram(Hc)

3 結(jié) 論

(1)以g-C3N4和MZF為原料，采用自組裝法合成了g-C3N4/MZF復(fù)合材料，用XRD、FIRT、XPS、TEM等手段進(jìn)行表征，g-C3N4和MZF之間形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。

(2)在g-C3N4/MZF(3∶2)復(fù)合材料中，g-C3N4和MZF的光生電子相互遷移，這一過程可以有效地改善光生電子-空穴對的分離效率，降低其復(fù)合的可能性，從而顯著地提高光催化活性，并在可見光下照射210 min后，對相同染料達(dá)到96.0%降解率。

(3) g-C3N4/MZF復(fù)合磁性材料對RhB表現(xiàn)出較高的光催化活性，在實(shí)驗(yàn)重復(fù)到第5次時，仍保持90%以上光催化降解率，具有穩(wěn)定的光催化性能和化學(xué)性質(zhì)。且材料具備強(qiáng)磁性，其在降解環(huán)境污染物的過程中易于回收以再次使用。