陳彰旭，李燕輝，任紅云，等：g-C3N4/MIL-125(Ti)磁性復(fù)合材料制備及其去除羅丹明B
陳彰旭，李燕輝，任紅云，等：g-C3N4/MIL-125(Ti)磁性復(fù)合材料制備及其去除羅丹明B
huagongjinzhan
中國化工學(xué)會會刊，EI、SCOPUS等收錄，中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊，2020版《中文核心期刊概目要覽》化工類第1名
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g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)磁性復(fù)合材料制備及其去除羅丹明B
陳彰旭 1,2,3 ，李燕輝 1,2,3 ，任紅云 4 ，張麗丹 1,2,3 ，鄭炳云 1,2,3
1 莆田學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院，福建 莆田 351100； 2 福建省新型污染物生態(tài)毒理效應(yīng)與控制重點實驗室，福建 莆田 351100； 3 福建省高校生態(tài)環(huán)境及其信息圖譜重點實驗室，福建 莆田 351100； 4 中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所，福建 廈門361021
● 引用本文： 陳彰旭, 李燕輝, 任紅云, 等. g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)磁性復(fù)合材料制備及其去除羅丹明B[J]. 化工進展, 2022, 41(12): 6469-6476.
● DOI： 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0302
文章摘要
為解決能源短缺和環(huán)境污染等問題，探究半導(dǎo)體光催化材料去除有機污染物，以MIL-125(Ti)為光催化劑載體，g-C 3 N 4 為有機半導(dǎo)體，F(xiàn)e 3 O 4 @SiO 2 為磁性載體，通過溶劑熱法合成了一系列不同質(zhì)量配比的可見光響應(yīng)型MIL-125(Ti)復(fù)合材料。通過傅里葉變換紅外光譜儀、X射線衍射儀、場發(fā)射掃描電子顯微鏡、熱重分析儀等對復(fù)合材料的樣品組成、結(jié)構(gòu)、形貌及光學(xué)性能等進行表征分析。進一步通過正交試驗評價該復(fù)合材料去除羅丹明B的性能。研究結(jié)果表明，最適宜去除羅丹明B的操作工藝條件為：光催化時間為4.0h，g-C 3 N 4 與MIL-125(Ti)的質(zhì)量配比為1∶20，催化劑投加量為0.01g，羅丹明B溶液的濃度為10.0mg/L。在該條件下羅丹明B的去除率可達(dá)到96.57%。經(jīng)過4次循環(huán)實驗后，去除率仍能達(dá)到86.52%。g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)磁性復(fù)合材料的制備工藝和去除有機染料機理可為相關(guān)研究提供借鑒。
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源短缺和環(huán)境問題越來越嚴(yán)重。其中，水體中的染料是一種難以降解的有毒有害物質(zhì)，不僅危害著水體中的生物，也影響著自然生態(tài)景觀，已成為當(dāng)今亟待解決的重要問題。而可高效利用太陽光去除有機污染物的半導(dǎo)體光催化劑具有巨大的潛力，其已成為處理水體污染最成功的方法之一。
自 從1972年Fujishima和Honda報道TiO 2 光催化分解水制氫效應(yīng)之后，光催化技術(shù)引發(fā)探究熱潮。但由于二氧化鈦能帶隙的限制使得其只能利用波長較短的紫外線（只占光能的8.7%），因此，開發(fā)新型光催化劑是改善光催化技術(shù)的重要方向。而g-C 3 N 4 是一種僅含有碳氮兩種元素的非金屬半導(dǎo)體聚合物，它具有化學(xué)和光學(xué)穩(wěn)定性高、可耐酸堿、易于改性和帶隙結(jié)構(gòu)?。?.70eV）等優(yōu)點，且制備該材料原料豐富，成本較低，使得其在光催化領(lǐng)域中具有極大的潛力。與TiO 2 相比，石墨相氮化碳還能有效活化分子氧和產(chǎn)生超氧自由基，有利于有機污染物的光催化降解和有機官能團的光催化轉(zhuǎn)化。2008年，福州大學(xué)王心晨教授通過單氰胺的熱解制備g-C 3 N 4 ，進而發(fā)展了氮化碳光催化研究新領(lǐng)域 。
眾 所周知，金屬有機框架（MOFs）是由金屬離子或金屬氧化簇與有機連接器通過絡(luò)合組成的三維多孔晶體材料，因具有較高的孔隙體積和可調(diào)控化學(xué)性質(zhì)等特性而成為目前新材料研究領(lǐng)域的熱點之一。另外，MOFs材料本身具有大比表面積，使得本身不具備半導(dǎo)體性質(zhì)的MOFs材料可用作良好的光催化劑載體，大大提高了半導(dǎo)體光催化劑的分散度，進而提高光催化劑的整體催化活性。由于各類金屬骨架的中心金屬離子各有不同，使得有些MOFs材料本身就具有半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)，自身就能作為半導(dǎo)體催化劑。其中以二氧化鈦為金屬中心，外接對苯二甲酸作為有機連接器形成的鈦基金屬有機骨架——MIL-125(Ti)的光催化活性和光催化應(yīng)用備受國內(nèi)外科研工作者的關(guān)注。但是，由于其對可見光響應(yīng)的缺乏且難以循環(huán)使用，使得MIL-125(Ti)在太陽光的照射下對可見光的利用率有限，導(dǎo)致其催化活性相較于其他半導(dǎo)體材料低。因此，通過對MIL-125(Ti)材料進行改性，制備不同的MIL-125(Ti)復(fù)合光催化劑成為廣大科研工作者的研究熱點。在國內(nèi)，張鵬等利用MOFs衍生CuO/ZnO催化劑光催化降解羅丹明B（RhB），其降解率達(dá)到60%以上；在國外，Muelas-Ramos等制備了一系列不同質(zhì)量比g-C 3 N 4 /NH 2 -MIL-125(Ti)復(fù)合材料，在384nm的紫外LED下照射2h后，雙氯芬酸全部被光降解。分析表明，超氧自由基和空穴在光催化過程的光降解中起主要作用 。
綜 上所述可知，如果將有光催化活性的MIL-125(Ti)與氮化碳結(jié)合，并負(fù)載磁性材料，可以有效發(fā)揮協(xié)同作用，一方面可解決MIL-125(Ti)在可見光條件下不能響應(yīng)的問題，另一方面可解決g-C 3 N 4 電子空穴復(fù)合問題，提高光催化效率和循環(huán)利用性。基于此，本文將MIL-125(Ti)和g-C 3 N 4 負(fù)載Fe 3 O 4 @SiO 2 磁性物質(zhì)，并進一步探究其去除處理羅丹明B模擬廢水的性能，以期解決實際水體污染問題 。
1
材料和方法
1.1
主要材料
N , N 二甲基甲酰胺、甲醇、無水乙醇、脲、六水三氯化鐵、乙二醇、聚乙二醇（ M w =20000）、乙酸鈉、異丙醇、氨水、羅丹明B，分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；對苯二甲酸、鈦酸正丁酯、硅酸四乙酯、聚乙烯吡咯烷酮，分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；本實驗所用水皆為MILL-Q高純水 。
1.2
主要儀器
K Q-50E超聲波處理器，昆山市超聲儀器有限公司；VO-6300N型真空干燥箱，DGG-9023AD電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司；Cence-H1850臺式高速離心機，湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；SXL-1208馬弗爐，上海精宏實驗設(shè)備有限公司；TU-1901雙光束紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；TENSOR27傅里葉變換紅外光譜（FTIR）儀，德國Bruker公司；XRD-6100 X射線衍射儀，島津公司；S4800場發(fā)射掃描電子顯微鏡，日立公司；Kratos Amicus光電子能譜分析儀，島津公司；ASAP 2020M+全自動比表面積微孔孔隙和化學(xué)吸附儀，美國麥克公司；MPMS-VSM磁滯回歸線測量儀，美國San Diego公司；SDT 650熱重分析儀，美國TA Discovery公司 。
1.3
復(fù)合材料的制備
1.3.1 g-C 3 N 4 的制備
采 用熱分解脲法制備g-C 3 N 4 。稱取15g脲放入50mL的剛玉坩堝中，將其置于馬弗爐內(nèi)煅燒，以5℃/min的升溫速率在550℃煅燒4h，冷卻至室溫后取出，即可得到g-C 3 N 4 ，將其研磨成粉末（簡稱CN）密封待用 。
1.3.2 Fe 3 O 4 、 Fe 3 O 4 @SiO 2 的合成
利 用改進的方法制備Fe 3 O 4 和Fe 3 O 4 @SiO 2 ，即稱取1.08g FeCl 3 . 6H 2 O溶解在32mL乙二醇中，磁力攪拌成均勻透明溶液，再加入0.80g 聚乙二醇。溶解后加入2.88g乙酸鈉，繼續(xù)磁力攪拌30min后轉(zhuǎn)移至高壓釜中，在200℃下水熱反應(yīng)8h，冷卻后借助磁鐵將黑色固體收集，并依次用適量蒸餾水和乙醇洗滌三次，最后置于60℃下真空干燥48h。另外，稱取100mg上述制備的Fe 3 O 4 溶解在80mL異丙醇中超聲處理15min，然后加入7.5mL的高純水和60μL的硅酸四乙酯（TEOS），繼續(xù)超聲處理10min后以0.25mL / min的速率向其中滴加9mL氨水，并將其控制在室溫下繼續(xù)超聲處理35min，之后借助磁鐵收集Fe 3 O 4 @SiO 2 復(fù)合材料，并依次用適量蒸餾水和乙醇洗滌五次，最后置于60℃下真空干燥48h 。
1.3.3 MIL-125(Ti)的制備
采 用改進的方法制備MIL-125(Ti)，稱取1.25g對苯二甲酸（H 2 BDC）和1.55mL鈦酸正丁酯，并將它們?nèi)芙獾胶?2.5mL N , N -二甲基甲酰胺（DMF）和2.5mL甲醇的混合溶液中，磁力攪拌成均勻溶液，然后將混合液轉(zhuǎn)移到50mL Teflon襯里的高壓釜中，在150℃下水熱反應(yīng)16h，冷卻后用離心法收集白色固體，并用適量的 N , N- 二甲基甲酰胺和乙醇洗滌數(shù)次后置于60℃下真空干燥48h 。
1.3.4 Fe 3 O 4 @SiO 2 /g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)復(fù)合材料的制備
固 定Fe 3 O 4 @SiO 2 的投加量，以g-C 3 N 4 :MIL-125(Ti)為1∶10、1∶20、1∶30、1∶40的質(zhì)量配比分別稱取0.10g、0.05g、0.033g、0.025g的g-C 3 N 4 ，并超聲處理將其分散到22.5mL的DMF中，之后向其中加入2.5mL甲醇、1.25g對苯二甲酸和1.55mL鈦酸正丁酯并磁力攪拌30min，加入50mg聚乙烯吡咯烷酮繼續(xù)攪拌均勻，再向混合溶液中加入0.05g Fe 3 O 4 @SiO 2 ，超聲至均一相，然后將混合液轉(zhuǎn)移到50mL Teflon襯里的高壓釜中，在150℃下水熱反應(yīng)16h，冷卻后借助磁鐵將樣品收集，并用適量乙醇洗滌數(shù)次，最后置于60℃下真空干燥48h。并將制得的復(fù)合材料命名為FSCNM1、FSCNM2、FSCNM3、FSCNM4。詳見 表1。
表1 Fe 3 O 4 、g-C 3 N 4 、MIL-125(Ti)、Fe 3 O 4 @SiO 2 /g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)制備參數(shù)
1.4
復(fù)合材料的表征
通過傅里葉紅外光譜分析（FTIR）、X射線衍射（XRD）、場發(fā)射掃描電鏡（SEM）、光電子能譜分析儀（XPS）、熱重分析儀（TG-DTA）、磁滯回歸線測量儀、紫外可見分光光度計（UV）等對材料的結(jié)構(gòu)、形貌、成分和性能進行表征。
1.5
復(fù)合材料的性能
為 了考察Fe 3 O 4 @SiO 2 /g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)復(fù)合材料的光催化性能，將RhB作為模擬污染物，分別將0.01g、0.05g、0.10g、0.20g的不同質(zhì)量配比的Fe 3 O 4 @SiO 2 /g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)復(fù)合材料投加到20mL不同濃度的RhB中，在暗室中振蕩一天，實現(xiàn)催化劑和染料之間的吸附-解吸平衡。然后在模擬太陽光源的紫外燈下進行光催化反應(yīng)，間隔一定時間后使用紫外可見分光光度計在其最大吸收波長處測試RhB吸光度?；厥仗幚砗蟮墓獯呋瘎?，并用乙醇洗滌數(shù)次置于60℃下真空干燥，而后開始下一次光催化去除實驗 。
根據(jù)不同催化時間的RhB溶液在最大吸收波長處的吸光度即可用Beer Lambert定律來計算去除率，見式(1)。
式中， R 為去除率； C 0 、 C t 分別為暗吸附后RhB的濃度和光照射后RhB的濃度； A 0 、 A t 分別為暗吸附后RhB的吸光度和光照射后RhB的吸光度。
2
結(jié)果與討論
2.1
復(fù)合材料理化性質(zhì)分析
2.1.1 傅里葉變換紅外光譜分析
圖1
為MIL-125(Ti)、g-C
3
N
4
、Fe
3
O
4
和一系列Fe
3
O
4
@SiO
2
/g-C
3
N
4
/MIL-125(Ti)復(fù)合材料的FTIR圖，從曲線a中可以看出，1400~1600cm
-1
處出現(xiàn)的紅外吸收峰同樣在曲線d~曲線g中呈現(xiàn)，由此可以判定該吸收峰為MIL-125(Ti)納米粒子苯環(huán)的紅外吸收峰，并且曲線a中755cm
-1
處出現(xiàn)的紅外吸收峰也同樣在曲線d~曲線g中出現(xiàn)，可以判定該吸收峰為金屬氧化團簇Ti—O—Ti伸縮吸收峰。曲線b和曲線d~曲線g中在1573cm
-1
和1631cm
-1
處出現(xiàn)的較強紅外吸收峰為g-C
3
N
4
上的C
N鍵的伸縮吸收峰。曲線c和曲線d~曲線g中在543cm
-1
處出現(xiàn) Fe—O鍵的紅外吸收峰。綜上所述，F(xiàn)e
3
O
4
@SiO
2
/ g-C
3
N
4
/MIL-125(Ti)復(fù)合材料已被成功制備
。
圖1 MIL-125(Ti)、g-C 3 N 4 、Fe 3 O 4 、Fe 3 O 4 @SiO 2 /g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)的FTIR光譜圖
a—MIL-125(Ti)；b—g-C 3 N 4 ；c—Fe 3 O 4 ；d—FSCNM1；e—FSCNM2；f—FSCNM3；g—FSCNM4
2.1.2 X射線衍射分析
圖2 為MIL-125(Ti)、g-C 3 N 4 、Fe 3 O 4 和一系列Fe 3 O 4 @SiO 2 /g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)復(fù)合材料的XRD圖，從曲線a中可以看出，在2 θ =6.80°、9.84°、11.64°、16.64°處出現(xiàn)了MIL-125(Ti)的特征衍射峰，與MIL-125(Ti)的PDF標(biāo)準(zhǔn)卡片數(shù)據(jù)一致。從曲線b中可以看出，在2 θ =27.6°附近出現(xiàn)了g-C 3 N 4 的衍射峰，對應(yīng)g-C 3 N 4 的（002）晶面，確認(rèn)合成的產(chǎn)物為g-C 3 N 4 。從曲線c中可以看出，在2 θ =30.0°、35.5°、56.6°、62.3°處出現(xiàn)了Fe 3 O 4 的衍射峰，它們分別對應(yīng)Fe 3 O 4 的（220）、（311）、（511）和（440）晶面，與Fe 3 O 4 的PDF標(biāo)準(zhǔn)卡片數(shù)據(jù)一致。從曲線d和曲線e中可以看出，在Fe 3 O 4 @SiO 2 /g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)復(fù)合材料中大部分衍射峰與純 MIL-125(Ti)、純g-C 3 N 4 以及純Fe 3 O 4 相同。引入 g-C 3 N 4 后，一些衍射峰消失，但在2 θ =25.5°處出現(xiàn)了新的衍射峰，這些變化可能是因為g-C 3 N 4 可引起MIL-125(Ti)的形態(tài)和晶格變化，降低其結(jié)晶性。從曲線f和曲線g中可以看出，隨著g-C 3 N 4 的投加量增大，MIL-125(Ti)結(jié)晶性降低嚴(yán)重，使得2 θ =10°~20°間的衍射峰基本消失。也就是說將g-C 3 N 4 引入反應(yīng)體系不僅會影響MIL-125(Ti)的晶格結(jié)構(gòu)，同時還可有效調(diào)控MIL-125(Ti)復(fù)合材料的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。且隨著引入量的增加，上述影響更加明顯 。
圖2 MIL-125(Ti)、g-C 3 N 4 、Fe 3 O 4 、Fe 3 O 4 @SiO 2 /g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)的XRD圖
a—MIL-125(Ti)；b—g-C 3 N 4 ；c—Fe 3 O 4 ；d—FSCNM1；e—FSCNM2；f—FSCNM3；g—FSCNM4
2.1.3 場發(fā)射掃描電子顯微鏡分析
圖3 為MIL-125(Ti)、g-C 3 N 4 、Fe 3 O 4 和Fe 3 O 4 @SiO 2 /g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)-2復(fù)合材料的SEM圖，從 圖3 (a)中可知，所制備的MIL-125(Ti)的形態(tài)呈較為均勻的立體“煎包”狀結(jié)構(gòu)，表面較光滑，平均直徑約為2μm。從 圖3 (b)中可知，g-C 3 N 4 為褶皺的層狀結(jié)構(gòu)，從 圖3 (c)中可知，聚乙二醇體系制備的Fe 3 O 4 納米顆粒表面比較粗糙，平均直徑約為300nm。從 圖3 (d)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)MIL-125(Ti)與g-C 3 N 4 、Fe 3 O 4 @SiO 2 結(jié)合后，F(xiàn)e 3 O 4 @SiO 2 形貌與尺寸未發(fā)生明顯變化，但MIL-125(Ti)和g-C 3 N 4 形貌變化明顯，受到g-C 3 N 4 的誘導(dǎo)影響，MIL-125(Ti)生長成十面體菱形片狀，表面較光滑平整，尺寸大小不均，這可能是在晶核生成中存在“結(jié)晶-溶解-結(jié)晶”的奧斯瓦爾德熟化過程；而g-C 3 N 4 則形成花瓣狀；這與 圖2 相應(yīng)XRD表征結(jié)構(gòu)相符 。
圖3 MIL-125(Ti)、g-C 3 N 4 、Fe 3 O 4 、Fe 3 O 4 @SiO 2 /g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)的SEM圖
2.1.4 X射線光電子能譜表征分析
為 了進一步確認(rèn)Fe 3 O 4 @SiO 2 /g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)（FSCNM2）的化學(xué)表面組成，進行了XPS元素分析測試，從 圖4 可以清晰地發(fā)現(xiàn)，在719eV、531eV、458eV、398eV、285eV和102eV處對應(yīng)Fe 2p、O 1s、Ti 2p、N 1s、C 1s和Si 2p能譜峰，證明了樣品中Fe、O、Ti、N、C和Si的存在，這與天津大學(xué)張千的研究結(jié)果一致。說明Fe、O、Ti、N、C和Si存在于Fe 3 O 4 @SiO 2 /g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)復(fù)合材料中。但是Fe、N、Si的峰位的強度不是很高，說明Fe、N、Si的含量不是很高。因此，可以進一步說明Fe 3 O 4 @SiO 2 /g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)復(fù)合材料被成功制備。該表征結(jié)果與上述XRD、FTIR、SEM分析結(jié)果一致 。
圖4 FSCNM2的高分辨XPS圖譜（全譜）
2.1.5 熱重分析
圖5 為MIL-125(Ti)、g-C 3 N 4 、Fe 3 O 4 及不同比例Fe 3 O 4 @SiO 2 /g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)復(fù)合材料的TG。從 圖5 中可知純MIL-125(Ti)的主要質(zhì)量損失表現(xiàn)在330~530℃之間，其對應(yīng)金屬有機骨架熱解以此產(chǎn)生穩(wěn)定的TiO 2 ；純g-C 3 N 4 的主要質(zhì)量損失顯示在525~734℃的快速損失，其對應(yīng)g-C 3 N 4 的分解；Fe 3 O 4 在室溫至285℃之間出現(xiàn)少量質(zhì)量損失，其對應(yīng)樣品中吸附水的失去；而在285~435℃之間的主要質(zhì)量損失則是由Fe 3 O 4 向γ-Fe 3 O 4 的轉(zhuǎn)變造成的 。
圖5 材料的TG圖
2.1.6 磁性能分析
Fe 3 O 4 @SiO 2 /g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)-2的磁滯回線見 圖6 。由圖可知，F(xiàn)SCNM2的飽和磁化強度為14.47emu/g，因而此材料可以利用外磁場進行回收循環(huán)使用 。
圖6 Fe 3 O 4 @SiO 2 /g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)-2的磁滯回線
2.2
復(fù)合材料的光催化性能
2.2.1 羅丹明B溶液標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的確定
由紫外可見分光光度計測試可知羅丹明B溶液最大吸收波長為554nm，在最大吸收波長處測定一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液后經(jīng)最小二乘法擬合可知羅丹明B溶液標(biāo)準(zhǔn)工作曲線方程為 A =-0.0036+0.2506C（ R =0.9998）。其中 A 表示吸光度；C表示羅丹明B溶液的濃度，單位為g/L。
2.2.2 光催化去除性能
由 復(fù)合材料去除羅丹明B的正交試驗設(shè)計與結(jié)果分析表如 表2 所示。由 表2 可知，影響去除效果的因素主次為D>A>C>B，即RhB濃度>光催化時 間>催化劑投加量>g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)配比。正交試驗中對羅丹明B的去除率最高可達(dá)92.87%，最低可達(dá)到10.08%，由比較均值的大小可知，最優(yōu)去除RhB操作實驗方案為A 2 B 3 C 1 D 4 ，即光催化時 間為4.0h，g-C 3 N 4 與MIL-125(Ti)的質(zhì)量配比為 1∶20，催化劑投加量為0.01g，溶液的濃度為10.0mg/L。但由于該最優(yōu)的實驗方案不存在于以上16個試驗中，因此需要使用最優(yōu)方案進一步驗證。由表3 可知，在最優(yōu)方案條件下，光催化劑對羅 丹明B的去除率高達(dá)96.57%；而MIL-125(Ti)、 g-C 3 N 4 和Fe 3 O 4 @SiO 2 對羅丹明B的去除率為15.63%、11.38%和7.15%，空白對照組為5.37%，F(xiàn)SCNM-2光催化劑的處理能力為MIL-125(Ti)、 g-C 3 N 4 的6倍和8倍左右。說明FSCNM2具有優(yōu)異的光催化性能。這些結(jié)果表明，通過MIL-125(Ti)與g-C 3 N 4 異質(zhì)結(jié)復(fù)合后可以大大提升可見光照射下對有機污染物的光催化去除性能 。
表2 正交試驗設(shè)計與結(jié)果分析
表3 最優(yōu)條件對比實驗
圖7和圖8 依次為最優(yōu)條件下暗吸附后與光催化后紫外可見光譜圖。通過將 圖7與圖8 對比可知，在暗吸附過程中，由于RhB被相應(yīng)材料所吸附致使其濃度降低，吸收峰強度降低；而在太陽光照射下，添加FSCNM-2、MIL-125(Ti)和g-C 3 N 4 處理的RhB紫外可見光譜發(fā)生藍(lán)移，并且有新的吸收峰或生成兩個新吸收峰，表明在光照過程中RhB發(fā)生降解；當(dāng)使用FSCNM2處理RhB，吸收曲線的最大吸收峰迅速降低，并且峰位置發(fā)生藍(lán)移，從554nm部分移動到502nm處，繼而裂解礦化，這可能通過脫乙基作用逐步脫去分子上的4個乙基，在太陽光照射下，F(xiàn)SCNM2、MIL-125(Ti)和g-C 3 N 4 吸收光能而產(chǎn)生e - -h + 對，e - -h + 對則和其表面吸附的O 2 和H 2 O反應(yīng)生成高活性·OH，·OH進攻羅丹明B母離子，多次作用后使其逐漸降解成小分子有機酸，最終被礦化為CO 2 和H 2 O，這與梁大鵬等和王興和等的研究相似。從 圖9 可知，經(jīng)過4次循環(huán)實驗后，去除率仍能達(dá)到86.52%。這表明Fe 3 O 4 @SiO 2 /g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)對羅丹明B具有顯著的光催化活性和較好的穩(wěn)定性 。
圖7 最優(yōu)條件下暗吸附后紫外可見光譜圖
圖8 最優(yōu)條件下光催化后紫外可見光譜圖
圖9 復(fù)合材料循環(huán)催化降解實驗結(jié)果
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結(jié)論
（1）采用溶劑熱法成功制備一系列不同質(zhì)量配比的Fe 3 O 4 @SiO 2 /g-C 3 N 4 /MIL-125(Ti)磁性復(fù)合材料。
（2）通過正交試驗確定磁性光催化劑處理羅丹明B的最適宜操作工藝條件，此時羅丹明B的去除率為96.57%，經(jīng)過四次的循環(huán)使用后，去除率仍能達(dá)到86.52%；高于單獨使用g-C 3 N 4 或MIL-125(Ti)的去除效果。
（3）磁性光催化劑具有良好的催化降解和循環(huán)使用性能，這為今后利用可見光響應(yīng)性MIL-125(Ti)基催化劑去除水體中的羅丹明B或其他有機污染物提供了借鑒。
作者簡介 ● ●
第一作者：陳彰旭 ，副教授，研究方向為環(huán)境功能材料。
通信作者：陳彰旭 ，博士，副教授，研究方向為環(huán)境功能材料。 任紅云 ，實驗師，研究方向為功能材料構(gòu)建與應(yīng)用。
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