g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub>基材料光催化还原处理含铀废水的研究进展

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2024-0748

摘要/Abstract

摘要：

g-C₃N₄因具有稳定的结构和合适的导带还原电位，已在光催化还原U（Ⅵ）的研究领域中成为一种优异的半导体材料。然而，比表面积较小、可见光响应范围有限以及光生载流子的复合率高等因素限制了其光催化还原U（Ⅵ）的应用。综述了通过形貌调控、掺杂离子和与其他半导体耦合等策略对g-C₃N₄进行优化改善，并应用于光催化还原U（Ⅵ）的研究进展。重点介绍了其他半导体耦合g-C₃N₄复合材料在光催化还原U（Ⅵ）中的主要作用机理，并总结了各种改性方法的优势与局限。最后，从实际应用、装置设备、经济性等方面对g-C₃N₄复合材料光催化还原水中U（Ⅵ）的前景加以分析。

关键词: g-C₃N₄, 光催化, 光催化还原, 铀

Abstract:

g-C₃N₄ has become an excellent semiconductor material in the field of photocatalytic U(Ⅵ) reduction due to its stable structure and suitable conduction band reduction potential. However,factors such as small specific surface area, limited visible light response range and high recombination rate of photogenerated carriers limit its application in photocatalytic reduction of U(Ⅵ). In this paper, the optimization and improvement of g-C₃N₄ through morphology control, ion doping, and coupling with other semiconductors were reviewed and applied to photocatalytic reduction of U(Ⅵ). The main action mechanism of other semiconductor-coupled g-C₃N₄ composites in photocatalytic reduction of U(Ⅵ) was introduced, and the advantages and limitations of various modification methods were summarized. Finally, the prospect of photocatalytic reduction of U(Ⅵ) in water with g-C₃N₄ composites was analyzed from the aspects of practical application, equipment and economy.

Key words: g-C₃N₄, photocatalysis, photocatalytic reduction, uranium

中图分类号:

X703

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https://www.iwt.cn/CN/Y2025/V45/I8/19

图/表 2

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类别	g-C₃N₄基材料	机理	初始质量浓度/（mg·L^-1）	去除率/%	去除容量/（mg·g^-1）	循环次数及效率	牺牲剂	参考文献
g-C₃N₄	纳米片状g-C₃N₄	增大比表面积	40	100（20 min）	800	5（98%）	甲醇	〔17〕
g-C₃N₄	纳米结构g-C₃N₄	增大比表面积	40	97（40 min）	79.2	5（91%）	甲醇	〔18〕
	Fe-CN-X	光响应区变宽	8	96.38	15.42	5（96%）	甲醇	〔22〕
金属离子掺杂	Fe/g-C₃N₄	加速电子与空穴的分离	50	97.7（50 min）	952.38	6（97%）	甲醇	〔23〕
	K-CN	加速电子与空穴的分离	200	61（140 min）	162		甲醇	〔24〕
非金属离子掺杂	C-N-Br	加速电子与空穴的分离	40	95（20 min）	76	5（93%）	甲醇	〔25〕
	S-g-C₃N₄	增大比表面积，带隙变窄	30	95（20 min）	55.0	5（94%）	甲醇	〔26〕
	O@P-g-C₃N₄	增大比表面积，带隙变窄	40	94.9（180 min）	1 425	5（81.7%）	甲醇	〔27〕
金属硫、氧化物耦合	ZnS@g-C₃N₄	Z型异质结	50	96（120 min）	240		甲醇	〔13〕
	WO _x /g-C₃N₄	Z型异质结	20	98.1（120 min）	490	5（88.1%）	甲醇	〔31〕
	Bi₂O₃/g-C₃N₄	Z型异质结	40	99.6（25 min）	2 250	6（93.2%）	甲醇	〔32〕
聚合物耦合	PPy/CN	Z型异质结	40	99（90 min）	72	5（95%）	甲醇	〔33〕
	g-C₃N₄-MOF	Z型异质结	90	95（20 min）	1 355	5（81%）	甲醇	〔34〕
	Ti₃C₂/g-C₃N₄	Z型异质结	150	100（90 min）	2 875	5（99%）	甲醇	〔35〕
其他半导体耦合	SrTiO₃/g-C₃N₄	Z型异质结	50	99（15 min）	44	5（97%）	甲醇	〔37〕
	g-C₃N₄@attapulgite	增大比表面积	20	100（70 min）	66.12	7（90%）	甲醇	〔38〕
	UIO-66/g-C₃N₄	Z型异质结	300		540		甲醇	〔39〕
三元耦合	g-C₃N₄/Sn₃O₄/Ni	Z型异质结	10	94.28		3（86.3%）	甲醇	〔40〕
	Fe₃O₄/GO/g-C₃N₄	带隙变窄，扩大光谱	20	99（120 min）	90	5（95%）	甲醇	〔41〕
	g-C₃N₄/TiO₂/Ag	Z型异质结	10	99（30 min）	24.75	5（98%）	甲醇	〔20〕

类别	g-C₃N₄基材料	机理	初始质量浓度/（mg·L^-1）	去除率/%	去除容量/（mg·g^-1）	循环次数及效率	牺牲剂	参考文献
g-C₃N₄	纳米片状g-C₃N₄	增大比表面积	40	100（20 min）	800	5（98%）	甲醇	〔17〕
g-C₃N₄	纳米结构g-C₃N₄	增大比表面积	40	97（40 min）	79.2	5（91%）	甲醇	〔18〕
	Fe-CN-X	光响应区变宽	8	96.38	15.42	5（96%）	甲醇	〔22〕
金属离子掺杂	Fe/g-C₃N₄	加速电子与空穴的分离	50	97.7（50 min）	952.38	6（97%）	甲醇	〔23〕
	K-CN	加速电子与空穴的分离	200	61（140 min）	162		甲醇	〔24〕
非金属离子掺杂	C-N-Br	加速电子与空穴的分离	40	95（20 min）	76	5（93%）	甲醇	〔25〕
	S-g-C₃N₄	增大比表面积，带隙变窄	30	95（20 min）	55.0	5（94%）	甲醇	〔26〕
	O@P-g-C₃N₄	增大比表面积，带隙变窄	40	94.9（180 min）	1 425	5（81.7%）	甲醇	〔27〕
金属硫、氧化物耦合	ZnS@g-C₃N₄	Z型异质结	50	96（120 min）	240		甲醇	〔13〕
	WO _x /g-C₃N₄	Z型异质结	20	98.1（120 min）	490	5（88.1%）	甲醇	〔31〕
	Bi₂O₃/g-C₃N₄	Z型异质结	40	99.6（25 min）	2 250	6（93.2%）	甲醇	〔32〕
聚合物耦合	PPy/CN	Z型异质结	40	99（90 min）	72	5（95%）	甲醇	〔33〕
	g-C₃N₄-MOF	Z型异质结	90	95（20 min）	1 355	5（81%）	甲醇	〔34〕
	Ti₃C₂/g-C₃N₄	Z型异质结	150	100（90 min）	2 875	5（99%）	甲醇	〔35〕
其他半导体耦合	SrTiO₃/g-C₃N₄	Z型异质结	50	99（15 min）	44	5（97%）	甲醇	〔37〕
	g-C₃N₄@attapulgite	增大比表面积	20	100（70 min）	66.12	7（90%）	甲醇	〔38〕
	UIO-66/g-C₃N₄	Z型异质结	300		540		甲醇	〔39〕
三元耦合	g-C₃N₄/Sn₃O₄/Ni	Z型异质结	10	94.28		3（86.3%）	甲醇	〔40〕
	Fe₃O₄/GO/g-C₃N₄	带隙变窄，扩大光谱	20	99（120 min）	90	5（95%）	甲醇	〔41〕
	g-C₃N₄/TiO₂/Ag	Z型异质结	10	99（30 min）	24.75	5（98%）	甲醇	〔20〕

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g-C3N4基材料光催化还原处理含铀废水的研究进展

Progress in the treatment of uranium containing wastewater by photocatalytic reduction with g-C3N4 based catalyst

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g-C₃N₄基材料光催化还原处理含铀废水的研究进展

Progress in the treatment of uranium containing wastewater by photocatalytic reduction with g-C₃N₄ based catalyst