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MgO基复合材料类芬顿和光催化-类芬顿降解水中有机污染物性能研究

摘要

随着工业的迅速发展，一些高毒性、难去除的有机废水排入到水系中，给人类健

康和生态系统带来了严重威胁，所以迫切需要一种绿色的解决方案。在众多处理方法

中，类芬顿法和光催化法因高效、环保和操作简便等优点脱颖而出。但是类芬顿法受

限于较窄的pH应用范围、光催化法受限于光生载流子复合率高，导致二者的应用受到

限制。氧化镁（MgO）具有丰富的表面缺陷、较高的比表面积、无毒和低价等优点，

作为类芬顿和光催化催化剂被广泛研究。然而，MgO存在带隙较宽（Eg=5.6eV）、光

吸收范围小、光生电子空穴易复合、导电性差等问题，导致MgO的催化性能较低。为

了解决上述问题，本论文将MgO与其他半导体（ZnFeO，ZnO，g-CN）复合组成异

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质结，同时引入氧空位来提高其类芬顿催化性能和光催化性能，实现对有机污染物

（罗丹明B和四环素）的高效降解。具体如下：

（1）采用溶胶凝胶法结合高温煅烧法制备了不同比例的MgO/ZnFeO，分别研究

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了其类芬顿降解四环素的性质和光催化-类芬顿协同降解罗丹明B（RhB）的性质。利

用ZnFeO中的铁离子，MgO/ZnFeO表现出较高的类芬顿（无光）降解四环素效率

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（55.7%），但对罗丹明B的类芬顿降解效率仅40%。为了进一步降解RhB，利用

MgO/ZnFeO的光催化-类芬顿协同效应将降解效率提升到69.6%。通过分别测定MgO

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和ZnFeO的导带与价带位置，确定MgO和ZnFeO形成了Ⅱ型异质结，电子由MgO

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的高导带（CB=-2.86V）转移到ZnFeO的导带（CB=-0.19V）中，有效促进了电子

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-空穴分离，提高了降解效率。最后通过淬灭实验分别得到了类芬顿和光催化-类芬顿协

同降解机理。

（2）氧空位可以加速HO分解，生成大量具有氧化还原功能的活性物种，能有

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效提高类芬顿催化效率。本章通过高温煅烧制备了MgO/ZnO复合材料，得到具有不同

氧空位浓度的类芬顿催化剂。通过EPR和XPS确定了复合材料的氧空位浓度，类芬顿

降解实验后得到MgO/ZnO对四环素的降解效率为82.3%，实验结果表明，一定浓度的

氧空位对类芬顿降解效率具有一定影响。最后，通过淬灭实验得到类芬顿降解的机理。

（3）制备MgO与g-CN复合材料，形成了S型异质结和Mg-N键，首先，Mg-N

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键可以与Mg-O键之间竞争氧原子产生氧空位，同时高温煅烧也加速氧空位的生成，

氧空位的存在将提高类芬顿反应效率。其次，Mg-N键连接MgO和g-CN形成S型异

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质结，S型异质结将降低电子与空穴的复合率，提升光催化性能。通过光催化-类芬顿

哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文

协同实验后检测到对罗丹明B的降解效率为80%，分别是单独MgO和单独g-CN的