净水型光催化透水混凝土的制备及还原Cr（Ⅵ）性能研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2025-0013

摘要/Abstract

摘要：

为了净化地表雨水中重金属离子，通过溶剂热法制备了一种高活性g-C₃N₄/MgAl-LDHs（CN/LDHs）复合材料，并将其作为光催化活性中心负载于再生骨料，制备了净水型光催化透水混凝土。研究了净水型光催化透水混凝土的透水性能和力学性能，以及不同条件下对Cr（Ⅵ）的去除性能。结果表明：随着CN/LDHs负载量的增加，透水混凝土的透水性能降低，力学性能得到提升；pH=2、Cr（Ⅵ）质量浓度100 mg/L、CN/LDHs负载量2.0%时，透水混凝土表现出优异的Cr（Ⅵ）去除效果，Cr（Ⅵ）的去除率达到了96.53%；CN/LDHs负载量2.0%透水混凝土的有效孔隙率和透水系数分别为14.32%和1.68 mm/s，28 d抗压强度为27.9 MPa；透水混凝土重复使用5次后仍表现出96.11%的Cr（Ⅵ）去除率，具备良好的重复使用性能。净水型光催化透水混凝土在地表径流和矿山重金属废水净化领域具有潜在的应用价值。

关键词: 透水混凝土, 光催化, 石墨相氮化碳, 重金属Cr（Ⅵ）

Abstract:

In order to purify heavy metal ions in surface rainwater, a highly active g-C₃N₄/MgAl-LDHs(CN/LDHs) composite was prepared by solvothermal method and loaded onto recycled aggregate as a photocatalytic activity center to prepare water purification photocatalytic permeable concrete. The water permeability and mechanical properties of the concrete, as well as its removal performance of Cr(Ⅵ) under different conditions, were studied. The results showed that with the increase of CN/LDHs loading, the water permeability of permeable concrete decreased and the mechanical properties were improved. When pH was 2, Cr(Ⅵ) mass concentration was 100 mg/L, and CN/LDHs loading was 2.0%, the permeable concrete showed excellent Cr(Ⅵ) removal effect, and the Cr(Ⅵ) removal rate reached 96.53%. The effective porosity and permeability coefficient of CN/LDHs loaded 2.0% permeable concrete were 14.32% and 1.68 mm/s, respectively, and the 28 d compressive strength was 27.9 MPa. Permeable concrete still showed 96.11% Cr(Ⅵ) removal rate after reuse for 5 times, and had good reusability. Water-purifying photocatalytic permeable concrete has potential applications in the field of surface runoff and heavy metal wastewater purification in mines.

Key words: permeable concrete, photocatalysis, graphite phase carbon nitride, heavy metal Cr(Ⅵ)

中图分类号:

X703
TB34

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https://www.iwt.cn/CN/Y2025/V45/I7/64

图/表 13

图1 g-C₃N₄、MgAl-LDHs和CN/LDHs的XRD（a）和FT-IR（b）谱图

Fig.1 XRD（a） and FT-IR（b） spectra of g-C₃N₄，MgAl-LDHs and CN/LDHs

图2 g-C₃N₄（a）、MgAl-LDHs（b）和CN/LDHs（c）的SEM

Fig.2 SEM images of g-C₃N₄（a），MgAl-LDHs（b） and CN/LDHs（c）

图3 g-C₃N₄、MgAl-LDHs和CN/LDHs的N₂吸附-脱附曲线（a）和孔径分布曲线（b）

Fig.3 N₂ adsorption-desorption（a） and pore size distributioncurves（b） of g-C₃N₄，MgAl-LDHs and CN/LDHs

表1 g-C₃N₄、MgAl-LDHs和CN/LDHs的比表面积和孔隙孔径

Table 1 The specific surface area and pore size of g-C₃N₄，MgAl-LDHs and CN/LDHs

样品	比表面积/（m²·g^-1）	孔隙体积/（cm³·g^-1）	平均孔径/nm
g-C₃N₄	16.31	0.08	3.71
MgAl-LDHs	30.81	0.14	3.80
CN/LDHs	45.89	0.16	3.56

图4 g-C₃N₄、MgAl-LDHs和CN/LDHs的UV-vis DRS谱图

Fig.4 UV-vis DRS spectra of g-C₃N₄，MgAl-LDHs and CN/LDHs

图5 g-C₃N₄和CN/LDHs的PL谱图

Fig.5 PL spectra of g-C₃N₄ and CN/LDHs

图6 g-C₃N₄、CN/LDHs的TPC（a）和EIS（b）谱图

Fig.6 TPC（a） and EIS（b） spectra of g-C₃N₄ and CN/LDHs

图7 g-C₃N₄、MgAl-LDHs和CN/LDHs光催化去除Cr（Ⅵ）的性能（a）和反应动力学拟合曲线（b）

Fig.7 Performance（a） and kinetics fitting curves（b） of photocatalytic removal of Cr（Ⅵ） by g-C₃N₄，MgAl-LDHs and CN/LDHs

图8 再生骨料（a、c）和负载CN/LDHs再生骨料（b、d）的实物图和SEM

Fig.8 Physical and SEM images of recycled aggregate（a，c） and CN/LDHs loaded recycled aggregate（b，d）

图9 不同CN/LDHs负载量透水混凝土的孔隙率和透水系数

Fig.9 Porosity and permeability coefficient of permeable concrete with different CN/LDHs loading

图10 不同CN/LDHs负载量透水混凝土不同养护龄期的抗压强度

Fig.10 Compressive strength of permeable concrete with different CN/LDHs loading at different curing ages

图11 pH（a）、CN/LDHs负载量（b）、Cr（Ⅵ）初始质量浓度（c）和干扰离子（d）对透水混凝土去除Cr（Ⅵ）性能的影响

Fig.11 Effects of pH（a），CN/LDHs loading（b），Cr（Ⅵ） initial mass concentration（c） and interfering ions（d） on Cr（Ⅵ） removal performance by permeable concrete

图12 透水混凝土去除Cr（Ⅵ）的循环性能

Fig.12 Cyclic performance of Cr（Ⅵ） removal by permeable concrete

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