工业水处理, 2022, 42(7): 59-66 doi: 10.19965/j.cnki.iwt.2021-0937

• 试验研究 •

可见光驱动g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）活化PDS降解RhB

周书葵,, 高聪, 段毅,, 刘迎九, 吴姣, 田瑞

南华大学土木工程学院，湖南 衡阳 421001

Degradation of Rhodamine B by visible light driven g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe） activated persulfate

ZHOU Shukui,, GAO Cong, DUAN Yi,, LIU Yingjiu, WU Jiao, TIAN Rui

School of Civil Engineering，University of South China，Hengyang 421001，China

收稿日期: 2022-03-15  

基金资助: 国家自然科学基金项目.  51174117
湖南省教育厅科研平台项目.  15K106
湖南创新平台开放基金项目.  17K078

Received: 2022-03-15  

作者简介 About authors

周书葵（1965—），教授E-mail：zhoushukui@usc.edu.cn , E-mail：zhoushukui@usc.edu.cn

段毅，博士，工程师E-mail：duanyi1987@163.com , E-mail：duanyi1987@163.com

摘要

金属有机框架化合物（MOFs）具有孔隙率高、比表面积大和化学性质稳定等优点，作为催化材料具有良好的发展前景。通过溶剂热法成功合成了g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）复合光催化剂。采用X-射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）及X射线光电子能谱（XPS）对催化剂的结构和表面形貌进行分析，并研究其在可见光（Vis）照射下活化过二硫酸盐（PDS）降解水中罗丹明B（RhB）的效果及活化机制。结果显示：g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）晶体结构完整、表面粗糙，并呈现出规则的正八面体结构；在可见光照射下，光催化剂投加量为0.2 g/L、PDS投加量为8 mmol/L、初始pH为3、温度为30 ℃时，反应50 min，RhB的去除率达到99%；HCO3-、H2PO4-、Cl-等阴离子能与活性基团反应，明显抑制体系对RhB的去除；3次循环后，g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）/PDS/Vis对RhB的去除率仍达到90%以上，表明g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）具有良好的稳定性。自由基猝灭实验表明，催化降解RhB的主要活性物种为h+、·OH和SO4·-，其作用大小为h+>·OH>SO4·-。

关键词： 金属-有机框架化合物 ; 过二硫酸盐 ; 可见光光催化 ; 罗丹明B

Abstract

Metal-organic frameworks（MOFs） have the advantages of high porosity，large specific surface area and stable chemical properties，so they have a good development prospect as a kind of catalytic materials. In this study，the g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe） composite photocatalyst was synthesized by the solvothermal method. The structure and surface morphology of the catalyst were analyzed by X-ray diffraction（XRD），scanning electron microscopy（SEM） and X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）. And then its effect and activation mechanism on degradation of Rhodamine B（RhB） by activated persulfate（PDS） when exposed to visible light（Vis） were studied. The results showed that，g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe） had complete crystal structure，rough surface and regular octahedral structure. Under irradiation of visible light and the conditions of photocatalyst 0.2 g/L，PDS 8 mmol/L，initial pH 3，temperature 30 ℃，when the reaction time was 50 min，the removal rate of RhB reached 99%. HCO3-，H2PO4- and Cl- could react with active groups and significantly inhibited the removal of RhB in this system. After three cycles，the removal rate of RhB by g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）/PDS/Vis was still up to 90%，which meant g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe） had great stability. In addition，a free radical quenching test showed that the main active species with catalytic degradation effect of RhB included h+，·OH and SO4·-，their action size was h+>·OH>SO4·-.

Keywords： mental-organic frameworks ; persulfate ; visible-light photocatalysis ; Rhodamine B

PDF (2959KB) 元数据 多维度评价 相关文章 导出 EndNote| Ris| Bibtex  收藏本文

本文引用格式

周书葵, 高聪, 段毅, 刘迎九, 吴姣, 田瑞. 可见光驱动g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）活化PDS降解RhB. 工业水处理[J], 2022, 42(7): 59-66 doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0937

ZHOU Shukui. Degradation of Rhodamine B by visible light driven g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe） activated persulfate. Industrial Water Treatment[J], 2022, 42(7): 59-66 doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0937

罗丹明B（Rhodamine B，RhB）俗称花粉红〔1〕，是以氧杂蒽为母体的碱性呫吨染料，其具有毒性、致癌性、致突变性及难生物降解性，若排放不当，将对人体健康和生态环境构成严重威胁〔2〕。因此，寻找绿色、高效的RhB去除方法十分重要。

光催化作为一种新型的环境污染治理方法，以其绿色、环保等优点，近年来得到了研究者的广泛关注〔3〕，其核心在于光催化材料的选择。金属有机框架化合物（Metal-organic frameworks，MOFs）是由过渡金属阳离子与含氮、氧等多齿有机配体通过自组装形成的一类比表面积大、金属活性位点多的晶体材料〔4〕，作为一种新型多孔材料广泛应用于催化〔5〕、吸附〔6〕、气体储存〔7〕、气体分离〔8〕、医药〔9〕等领域。由于MOFs中有机配体与金属阳离子具有配体-金属电荷转移效应（LMCT）或金属-配体电荷转移效应（MLCT），配位氧/氮原子与中心金属离子可相互进行电荷转移，因此，可以促进光照下的氧化还原反应进而对有机物进行降解。然而，单独利用光催化技术降解有机物的效率偏低。

过硫酸盐高级氧化法具有pH适应性广、半衰期长、稳定性高及氧化剂易储存等优点〔10〕，将其与光催化结合，可以通过电子转移加快铁基MOFs中Fe3+与Fe2+之间的转化，提高反应效率〔11〕。MIL-101（Fe）作为典型的铁基MOFs〔12〕在光催化领域有巨大的发展潜力，Li SHI等〔13〕通过用二氨基对苯二甲酸（NH2-BDC）取代其制备原料对苯二甲酸（H2BDC）得到NH2-MIL-101（Fe），可以提高原有MOFs的光催化性及光稳定性〔13〕。然而单一MOFs产生的电子空穴对易快速复合〔14〕，限制了其在光催化领域中的应用。为了解决上述问题，越来越多的研究者将MOFs与半导体材料复合〔15〕。

石墨相氮化碳（g-C3N4）是由氮、碳元素组成的聚合物半导体〔16〕，因其具有良好的可见光吸收能力、可调节的电子结构、突出的化学和热稳定性及较低的成本而受到极大关注〔17〕。将其与NH2-MIL-101（Fe）复合形成具有异质结的光催化剂g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）可抑制光生电子及空穴的复合，提高催化降解效率〔18-19〕。

实验通过溶剂热法制备出g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）异质结光催化剂，并对材料的形貌及结构进行表征，研究了材料在可见光照射下活化过二硫酸盐（PDS）降解RhB的性能，考察了不同影响因素对g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）/PDS/Vis体系降解RhB的影响，探讨了材料增强光催化性能的机制，以期为MOFs类复合材料光催化降解有机染料提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 实验试剂

九水合硝酸铁〔Fe（NO3）3·9H2O〕、2-氨基对苯二甲酸（NH2-BDC）、三聚氰胺、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、过二硫酸钾（K2S2O8）、氯化钠（NaCl）、碳酸氢钠（NaHCO3）、硝酸钠（NaNO3）、磷酸二氢钠（NaH2PO4）、硫酸钠（Na2SO4），均购自上海麦克林生化科技有限公司；甲醇（MeOH）、叔丁醇（TBA）、乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na）、罗丹明B（C28H31ClN2O3）、盐酸（HCl）、氢氧化钠（NaOH），均购自国药集团化学试剂有限公司。所有化学药品都是分析纯。

1.2 催化剂的制备

1.2.1 NH2-MIL-101（Fe）的制备

NH2-MIL-101（Fe）通过溶剂热法制得〔20〕。首先将3.026 3 g （7.457 mmol） Fe（NO3）3·9H2O和0.619 g（3.726 mmol） NH2-BDC溶解在45 mL DMF中，然后将混合溶液在室温下以500 r/min的转速磁力搅拌1 h使其充分混合，随后将其转移至200 mL聚四氟乙烯内衬的高温反应釜中，在110 ℃下反应24 h，冷却至室温后，将得到的棕色沉淀用DMF清洗1次、甲醇清洗3次、去离子水清洗1次，离心，于80 ℃真空干燥箱中干燥12 h，研磨后得到棕色粉末状NH2-MIL-101（Fe）催化剂。

1.2.2 g-C3N4的制备

g-C3N4通过直接热解三聚氰胺制得〔21〕。将5 g三聚氰胺放入带盖的氧化铝坩埚中，以5 ℃/min的速率升温到550 ℃，并在此温度下煅烧4 h。冷却至室温后取出氧化铝坩埚，将热解产物用去离子水洗涤3次，离心，在80 ℃真空干燥箱中干燥12 h，研磨后得到淡黄色粉末状g-C3N4。

1.2.3 g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）的制备

g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）的制备过程与NH2-MIL-101（Fe）的制备过程相似，只是在反应前将0.248 g的g-C3N4〔m（g-C3N4）∶m（NH2-BDC）=0.4〕加入到制备NH2-MIL-101（Fe）的前体溶液中，110 ℃下反应24 h，按照NH2-MIL-101（Fe）的提纯方法得到棕色的g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）。制备流程见图1。

图1

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图1   溶剂热法制备g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）

Fig. 1   Preparation of g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe） by solvothermal method


1.3 催化剂的表征

采用X射线衍射仪（XRD，德国Bruker公司）对材料晶体结构进行分析；采用发射扫描电镜（FE-SEM，日本株式会社）对材料表面形貌进行分析；采用X射线光电子能谱（XPS，Thermo ESCALAB 250Xi，美国赛默飞世尔科技公司）对材料表面元素进行分析。

1.4 催化性能测试

在30 ℃下，将g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）加入到100 mL的RhB溶液中，用HCl和NaOH溶液调节pH至3，随后加入8 mmol/L PDS，快速放入自带滤波片的氙灯光源的摇床中（距光源10 cm处的光源强度为150 mW/cm2，转速150 r/min），光源与RhB废水的距离为20 cm，随后开启氙灯，一定时间间隔用移液枪取样1 mL，立即用2 mL甲醇进行猝灭，随后将混合溶液通过0.22 μm针管过滤器过滤，最后用紫外分光光度计（UV-1800，苏州岛津）在554 nm处测定滤液中RhB的质量浓度。

1.5 催化剂的再生性能测试

经过1次完整的催化降解实验后，将降解后的悬浊液倒入离心管中，以8 000 r/min的转速离心10 min，将收集到的固体用去离子水清洗3遍，离心，最后将得到的固体放置于80 ℃真空干燥箱中干燥12 h，干燥后的催化剂重复用于催化降解实验。

2 结果与讨论

2.1 催化剂的表征

采用XRD对材料晶体结构进行表征，结果见图2。

图2

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图2   NH2-MIL-101（Fe）和g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）的XRD

Fig. 2   XRD patterns of NH2-MIL-101（Fe） and g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）


图2中，NH2-MIL-101（Fe）在2θ=8.9°、16.2°、17.9°、20.4°、22.3°、24.8°处有较强的衍射峰，与文献〔22〕所报道的大致相符，微小变化可能源于使用了与文献不同的铁前驱体。g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）表现出与NH2-MIL-101（Fe）相似的特征峰，且特征峰相对平缓，表明NH2-MIL-101（Fe）的晶体结构在复合材料中基本保持原样。

采用FE-SEM对材料表面形貌进行分析，结果见图3。

图3

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图3   NH2-MIL-101（Fe）和g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）的SEM

Fig. 3   SEM of NH2-MIL-101（Fe） and g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）


由图3可以看出，NH2-MIL-101（Fe）呈现规则的六角正八面体结构，且表面光滑，晶体长度在600~1 200 nm，宽度在300~600 nm。与之不同的是，g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）表面粗糙，这是因为g-C3N4分布于NH2-MIL-101（Fe）表面或与其紧密接触，这种接触有助于缩短电荷传输路径，促进电荷转移，提高光催化性能。

采用XPS对材料表面元素进行分析，结果见图4。

图4

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图4   NH2-MIL-101（Fe）和g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）的XPS

Fig. 4   XPS spectra of NH2-MIL-101（Fe） and g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）


由图4（a）全谱可知，NH2-MIL-101（Fe）和g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）中均检测到了Fe、O、N、C 4种元素，其中复合材料的N峰比单材料更明显，表明复合材料N含量比单材料高；图4（b）为C 1s谱图，图中284.79 eV处的峰对应C—C、C̿     C及C—H〔23-24〕，288.25 eV处的峰对应C—（N）3〔25〕；图4（c）所示的N 1s谱图在397.84、398.66、399.64 eV处的峰分别对应Fe—N、C—N̿     C及N—（C）3，表明复合材料中存在C3N4；图4（d）所示的Fe 2p谱图中，Fe 2p3/2和Fe 2p1/2的结合能位置分别位于709.5、712.41 eV和722.77、726.14 eV处，证明复合材料中存在Fe3+，结合能717.36 eV处为Fe3+的一个卫星峰。

2.2 不同体系降解RhB性能的比较

设定RhB初始质量浓度为20 mg/L、催化剂投加量为0.2 g/L、PDS投加量为8 mmol/L、初始pH为3、温度为30 ℃，此条件下考察可见光照射下不同体系活化PDS降解RhB的性能。实验结果见图5。

图5

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图5   不同体系下RhB的去除效果

Fig. 5   Removal efficiency of RhB in different systems


由图5可知，在可见光照射下，g-C3N4、NH2-MIL-101（Fe）、g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）及PDS对RhB的去除率分别为3.3%、11.1%、57.2%和49.3%，表明单独PDS或单独催化剂体系在可见光的照射下对RhB的去除效果有限；g-C3N4/PDS体系在50 min内对RhB的去除率仅为51.2%，表明单独的g-C3N4光利用率较低；而NH2-MIL-101（Fe）/PDS体系及g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）/PDS体系对RhB的去除率分别达到97.9%和99.7%，表明NH2-MIL-101（Fe）和g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）的投加可显著改善系统光利用率，且与NH2-MIL-101（Fe）相比，g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）复合材料具有异质结结构，更能增强材料对可见光的吸收，显著促进载流子的转移〔26〕，同时还能够降低光生电子及空穴的复合率，因此可进一步提高催化降解RhB的性能。

2.3 RhB降解效果的影响因素分析

实验考察了初始pH、PDS投加量、催化剂投加量及RhB质量浓度等反应条件对g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）催化性能的影响，结果见图6。

图6

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图6   不同反应条件对催化剂催化性能的影响

Fig. 6   Effect of different reaction conditions on catalytic performance of g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）


图6（a）显示了在RhB初始质量浓度20 mg/L、g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）投加量0.2 g/L、PDS投加量8 mmol/L、温度30 ℃、可见光照射条件下，初始pH对g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）催化降解RhB的影响。结果表明，随着pH的升高RhB的去除率逐渐降低。实验范围内，在pH=3时催化降解效果最好，反应30 min后，RhB的去除率就达到了97.7%；当pH增加到11时，体系对RhB的去除效果明显下降，50 min时去除率仅为39.8%。这是由于在碱性条件下，溶液中存在大量的OH-，能与SO4·-反应生成氧化性更弱的·OH，并且能促进SO4·-的自猝灭〔27〕，从而降低催化降解效率。因此，后续实验中选择溶液初始pH为3。

图6（b）为RhB初始质量浓度20 mg/L、催化剂投加量0.2 g/L、初始pH为3、温度30 ℃、可见光照射条件下，PDS投加量对g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）催化降解RhB的影响。结果显示，随着PDS投加量由2 mmol/L增加到8 mmol/L，RhB的降解速率明显加快。这是由于反应体系中增大PDS的投加量会生成更多的SO4·-，从而加快RhB的降解〔28〕。因此，后续实验中选择PDS投加量为8 mmol/L。

图6（c）为RhB初始质量浓度20 mg/L、PDS投加量8 mmol/L、初始pH 3、温度30 ℃、可见光照射条件下，g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）投加量对g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）催化降解RhB的影响。结果显示，g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）投加量由0.05 g/L增加到0.4 g/L时，RhB的降解速率逐渐升高，这是因为g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）的投加量越大，反应活性位点越多。当g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）投加量增加到0.2 g/L时，反应30 min，RhB的去除率就达到了97.3%。因此，结合经济性考虑，后续实验中选择g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）投加量为0.2 g/L。

图6（d）为催化剂投加量0.2 g/L、PDS投加量8 mmol/L、初始pH 3、温度 30 ℃、可见光照射条件下，RhB初始质量浓度对g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）催化降解RhB的影响。结果显示，RhB的去除率随着RhB初始浓度的升高而降低。即便如此，当RhB初始质量浓度达到100 mg/L时，反应50 min，RhB的去除率仍能达到95.6%，表明在可见光作用下，g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）活化PDS能处理高浓度RhB废水。

废水中常含有可能会影响催化降解效果的各种无机阴离子，如Cl-、NO3-、HCO3-、H2PO4-、SO42-等。在RhB初始质量浓度20 mg/L、催化剂投加量0.2 g/L、PDS投加量8 mmol/L、初始pH 3、温度30 ℃、可见光照射条件下，考察5 mmol/L上述5种阴离子分别对g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）活化PDS降解RhB的影响，实验结果见图7。

图7

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图7   共存阴离子对g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）催化去除RhB的影响

Fig. 7   Effect of coexisting anions on the catalytic removal of RhB by g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）


由图7可知，5种阴离子的存在均会抑制g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）/PDS/Vis体系对RhB的降解，但相对来讲，NO3-和SO42-对RhB的去除影响不大，HCO3-、H2PO4-、Cl-对RhB的去除表现出明显的抑制，且抑制作用顺序为HCO3->H2PO4->Cl-。这主要源于HCO3-、H2PO4-、Cl-能分别与活性基团（如SO4·-、·OH等）反应生成氧化性更弱的活性基团HCO3·、H2PO4·、Cl·〔29〕。

2.4 重复实验

稳定性和可重复利用性是催化剂实际应用的重要指标，为探索g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）的稳定性，本研究进行了g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）在可见光照射下活化PDS降解RhB的重复实验。设定RhB初始质量浓度为20 mg/L、光催化剂投加量为0.2 g/L、PDS投加量为8 mmol/L、初始pH为3、温度为30 ℃，此条件下测定连续3次循环实验RhB的去除率，实验结果见图8。

图8

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图8   g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）的重复实验

Fig. 8   Cyclic test of g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）


由图8可知，连续3次循环实验，RhB的去除率分别为99.9%、99.9%和98.5%，去除率仅略微降低，表明g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）具有良好可重复利用性。进一步采用XRD和SEM对循环使用3次后的g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）进行表征，结果见图9。

图9

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图9   g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）经3次循环实验后的XRD和SEM

Fig. 9   XRD spectrum and SEM morphology of g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe） after three cycles of test


由图9可知，使用后g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）的XRD无明显变化，但SEM中NH2-MIL-101（Fe）的棱角变得圆润，g-C3N4与NH2-MIL-101（Fe）趋于分散，证实g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）具有一定的稳定性。

2.5 活性自由基分析

在RhB初始质量浓度为20 mg/L、催化剂投加量为0.2 g/L、PDS的浓度为8 mmol/L、初始pH为3、温度为30 ℃、猝灭剂浓度均为10 mmol/L条件下，采用甲醇（MeOH）、叔丁醇（TBA）、对苯醌（BQ）及乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na）作为SO4·-、·OH、O2·-及h+的猝灭剂，研究g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）/PDS/Vis体系中自由基对降解RhB的贡献，并对g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）/PDS/Vis体系降解RhB的反应机理进行探究，结果见图10。

图10

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图10   活性自由基分析及RhB去除机理

Fig. 10   Free radical analysis and RhB removal mechanism


由图10（a）可知，当向溶液中加入BQ时，50 min后RhB的去除率为80%，表明O2·-对RhB的去除作用不大；加入MeOH时，RhB的去除率为64.1%，加入TBA时，RhB的去除率为54.7%，表明SO4·-及·OH在反应过程中对去除RhB起到一定的作用；加入EDTA-2Na时，RhB的去除率为36.9%，对RhB的降解表现出明显抑制，表明h+是g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）/PDS/Vis体系的主要活性物种。活性自由基的作用大小为h+>·OH>SO4·->O2·-。

根据以上分析，推断g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）/PDS/Vis体系降解RhB的反应机理如图10（b）所示：g-C3N4复合到NH2-MIL-101（Fe）上，形成异质结，在可见光照射下生成e-及h+，见式（1）；e-由g-C3N4传递到NH2-MIL-101（Fe）上，同时NH2-MIL-101（Fe）上的h+传递到g-C3N4上，PDS接受光生电子产生SO4·-，见式（2）；Fe3+接受e-及与PDS反应生成Fe2+，见式（3）、式（4），Fe2+又与PDS反应生成Fe3+，形成Fe2+和Fe3+之间的价态转换，见式（5）；SO4·-与H2O反应生成·OH，见式（6）；在h+、·OH和SO4·-的共同作用下，RhB被氧化为CO2和H2O，见式（7）。

g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）h++e-
S2O82-+e-SO4·-+SO42-
Fe3++e-Fe2+
Fe3++S2O82-Fe2++S2O8·-
Fe2++S2O82-SO4·-+SO42-+Fe3+
H2O+SO4·-·OH+SO42-+H+
h+/·OH/SO4·-+RhBCO2+H2O+……

3 结论

（1）本研究通过简单的溶剂热法合成了g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe），其在可见光照射下能够有效地活化PDS降解RhB。

（2）在催化剂投加量为0.2 g/L、PDS投加量为8 mmol/L、初始pH为3、温度为30 ℃的最佳反应条件下，g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）活化PDS对RhB的去除率达到99.9%，并且其稳定性较好，可重复使用3次以上。

（3）Cl-、NO3-、HCO3-、H2PO4-、SO42-的存在均会抑制g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）/PDS/Vis体系对RhB的降解，其中NO3-和SO42-对RhB的去除影响不大，HCO3-、H2PO4-、Cl-对RhB的去除表现出明显的抑制。

（4）自由基猝灭实验表明，g-C3N4/NH2-MIL-101（Fe）/PDS/Vis体系的主要活性物种为h+、·OH和SO4·-。


参考文献

卢士英，邹明强.

食品中常见的非食用色素的危害与检测

［J］. 中国仪器仪表，2009（8）：45-50. doi:10.3969/j.issn.1005-2852.2009.08.007

[本文引用: 1]

LU Shiying， ZOU Mingqiang.

The hazards of frequent inedible colorants used in foods and their detection methods

［J］. China Instrumentation，2009（8）：45-50. doi:10.3969/j.issn.1005-2852.2009.08.007

[本文引用: 1]

SAMSAMI S， MOHAMADIZANIANI M， SARRAFZADEH M H，et al.

Recent advances in the treatment of dye-containing wastewater from textile industries：Overview and perspectives

［J］. Process Safety and Environmental Protection，2020，143：138-163. doi:10.1016/j.psep.2020.05.034

[本文引用: 1]

HU Mengqiao， XING Zipeng， CAO Yan，et al.

Ti3+ self-doped mesoporous black TiO2/SiO2/g-C3N4 sheets heterojunctions as remarkable visible-light driven photocatalysts

［J］. Applied Catalysis B：Environmental，2018，226：499-508. doi:10.1016/j.apcatb.2017.12.069

[本文引用: 1]

LI Yanzhou， FU Zhihua， XU Gang.

Metal-organic framework nanosheets：Preparation and applications

［J］. Coordination Chemistry Reviews，2019，388：79-106. doi:10.1016/j.ccr.2019.02.033

[本文引用: 1]

LIU Xiaomei， TANG Bing， LONG Jilan，et al.

The development of MOFs-based nanomaterials in heterogeneous organocatalysis

［J］. Science Bulletin，2018，63（8）：502-524. doi:10.1016/j.scib.2018.03.009

[本文引用: 1]

JIANG Danni， CHEN Ming， WANG Han，et al.

The application of different typological and structural MOFs-based materials for the dyes adsorption

［J］. Coordination Chemistry Reviews，2019，380：471-483. doi:10.1016/j.ccr.2018.11.002

[本文引用: 1]

PENG Yang， KRUNGLEVICIUTE V， ERYAZICI I，et al.

Methane storage in metal-organic frameworks：Current records，surprise findings，and challenges

［J］. Journal of the American Chemical Society，2013，135（32）：11887-11894. doi:10.1021/ja4045289

[本文引用: 1]

DUAN Xing， WANG Huizhen， JI Zhenguo，et al.

A novel metal-organic framework for high storage and separation of acetylene at room temperature

［J］. Journal of Solid State Chemistry，2016，241：152-156. doi:10.1016/j.jssc.2016.06.015

[本文引用: 1]

SUN Chunyi， QIN Chao， WANG Xinlong，et al.

Metal-organic frameworks as potential drug delivery systems

［J］. Expert Opinion on Drug Delivery，2013，10（1）：89-101. doi:10.1517/17425247.2013.741583

[本文引用: 1]

LIANG Chenju， HUANG C F， CHEN Yanyun.

Potential for activated persulfate degradation of BTEX contamination

［J］. Water Research，2008，42（15）：4091-4100. doi:10.1016/j.watres.2008.06.022

[本文引用: 1]

HU Jinshan， ZHANG Pengfei， AN Weijia，et al.

In-situ Fe-doped g-C3N4 heterogeneous catalyst via photocatalysis-Fenton reaction with enriched photocatalytic performance for removal of complex wastewater

［J］. Applied Catalysis B：Environmental，2019，245：130-142. doi:10.1016/j.apcatb.2018.12.029

[本文引用: 1]

FÉREY G， MELLOT-DRAZNIEKS C， SERRE C，et al.

A chromium terephthalate-based solid with unusually large pore volumes and surface area

［J］. Science，2005，309（5743）：2040-2042. doi:10.1126/science.1116275

[本文引用: 1]

SHI Li， WANG Tao， ZHANG Huabin，et al.

An amine-functionalized iron（Ⅲ） metal-organic framework as efficient visible-light photocatalyst for Cr（Ⅵ） reduction

［J］. Advanced Science，2015，2（3）：1500006. doi:10.1002/advs.201500006

[本文引用: 2]

XIAO He， ZHANG Wenyao， YAO Qiushi，et al.

Zn-free MOFs like MIL-53（Al） and MIL-125（Ti） for the preparation of defect-rich，ultrafine ZnO nanosheets with high photocatalytic performance

［J］. Applied Catalysis B：Environmental，2019，244：719-731. doi:10.1016/j.apcatb.2018.11.026

[本文引用: 1]

JIANG Danni， XU Piao， WANG Han，et al.

Strategies to improve metal organic frameworks photocatalyst’s performance for degradation of organic pollutants

［J］. Coordination Chemistry Reviews，2018，376：449-466. doi:10.1016/j.ccr.2018.08.005

[本文引用: 1]

施辰阳，傅督，王娟，等.

氮化碳负载单原子铜在可见光下催化活化过二硫酸盐研究

［J］. 中国科学：化学，2021，51（8）：1104-1112. doi:10.1360/ssc-2021-0043

[本文引用: 1]

SHI Chenyang， FU Du， WANG Juan，et al.

Single-atom Cu supported on carbon nitride for activation of persulfate under visible light irradiation

［J］. Scientia Sinica：Chimica，2021，51（8）：1104-1112. doi:10.1360/ssc-2021-0043

[本文引用: 1]

ONG W J， TAN L L， NG Y H，et al.

Graphitic carbon nitride（g-C3N4）-based photocatalysts for artificial photosynthesis and environmental remediation：Are we a step closer to achieving sustainability？

［J］. Chemical Reviews，2016，116（12）：7159-7329. doi:10.1021/acs.chemrev.6b00075

[本文引用: 1]

FU Junwei， YU Jiaguo， JIANG Chuanjia，et al.

g-C3N4-based heterostructured photocatalysts

［J］. Advanced Energy Materials，2018，8（3）：1701503. doi:10.1002/aenm.201701503

[本文引用: 1]

WANG Chongchen， YI Xiaohong， WANG Peng.

Powerful combination of MOFs and C3N4 for enhanced photocatalytic performance

［J］. Applied Catalysis B：Environmental，2019，247：24-48. doi:10.1016/j.apcatb.2019.01.091

[本文引用: 1]

MA Xiaohua， YANG Zhe， YAO Zhikan，et al.

A facile preparation of novel positively charged MOF/chitosan nanofiltration membranes

［J］. Journal of Membrane Science，2017，525：269-276. doi:10.1016/j.memsci.2016.11.015

[本文引用: 1]

王丽娟，蔡俊，王莹，等.

石墨相氮化碳负载镍铁水滑石活化PDS降解染料

［J］. 深圳大学学报：理工版，2021，38（3）：264-271. doi:10.3724/sp.j.1249.2021.03264

[本文引用: 1]

WANG Lijuan， CAI Jun， WANG Ying，et al.

Activation of PDS by graphitic carbon nitride supported with NiFe layered double hydroxide for the degradation of dye

［J］. Journal of Shenzhen University：Science and Engineering，2021，38（3）：264-271. doi:10.3724/sp.j.1249.2021.03264

[本文引用: 1]

LIU Bingkun， WU Yajun， HAN Xiaole，et al.

Facile synthesis of g-C3N4/amine-functionalized MIL-101（Fe） composites with efficient photocatalytic activities under visible light irradiation

［J］. Journal of Materials Science：Materials in Electronics，2018，29（20）：17591-17601. doi:10.1007/s10854-018-9862-x

[本文引用: 1]

DE GODOI F C， RODRIGUEZ-CASTELLON E， GUIBAL E，et al.

An XPS study of chromate and vanadate sorption mechanism by chitosan membrane containing copper nanoparticles

［J］. Chemical Engineering Journal，2013，234：423-429. doi:10.1016/j.cej.2013.09.006

[本文引用: 1]

DU Sinan， LIAO Zhijian， QIN Zhenli，et al.

Polydopamine microparticles as redox mediators for catalytic reduction of methylene blue and rhodamine B

［J］. Catalysis Communications，2015，72：86-90. doi:10.1016/j.catcom.2015.09.020

[本文引用: 1]

WILSON D， LANGELL M A.

XPS analysis of oleylamine/oleic acid capped Fe3O4 nanoparticles as a function of temperature

［J］. Applied Surface Science，2014，303：6-13. doi:10.1016/j.apsusc.2014.02.006

[本文引用: 1]

GONG Yan， YANG Bo， ZHANG Hui，et al.

A g-C3N4/MIL-101（Fe） heterostructure composite for highly efficient BPA degradation with persulfate under visible light irradiation

［J］. Journal of Materials Chemistry A，2018，6（46）：23703-23711. doi:10.1039/c8ta07915c

[本文引用: 1]

LIANG Chenju， SU H W.

Identification of sulfate and hydroxyl radicals in thermally activated persulfate

［J］. Industrial & Engineering Chemistry Research，2009，48（11）：5558-5562. doi:10.1021/ie9002848

[本文引用: 1]

DONG Chengdi， TSAI M L， CHEN C W，et al.

Heterogeneous persulfate oxidation of BTEX and MTBE using Fe3O4-CB magnetite composites and the cytotoxicity of degradation products

［J］. International Biodeterioration & Biodegradation，2017，124：109-118. doi:10.1016/j.ibiod.2017.05.004

[本文引用: 1]

梁贺，刘锐平，安晓强，等.

铁铜双金属有机骨架MIL-101（Fe，Cu）活化双氧水降解染料性能

［J］. 环境科学，2020，41（10）：4607-4614.

[本文引用: 1]

LIANG He， LIU Ruiping， AN Xiaoqiang，et al.

Activating efficiency of iron-copper bimetallic organic framework MIL-101（Fe，Cu） toward H2O2 for degradation of dyes

［J］. Environmental Science，2020，41（10）：4607-4614.

[本文引用: 1]

/

〈 〉

  • 主管/主办：中海油天津化工研究设计院有限公司
    出版单位：《工业水处理》编辑部
    ISSN　1005-829X
    CN　12-1087/TQ
  • 网站版权所有 © 2022《工业水处理》编辑部
    本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发
    技术支持：support@magtech.com.cn
    违法和不良信息举报电话: 022-26689199
津ICP备05000975号-3 津公网安备 12010602120337号 网站版权所有 ©《工业水处理》编辑部