负载双金属的介孔石墨相氮化碳对水中2,4-D的加氢脱氯-光催化降解机制

2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) is one of the most widely used herbicide and its extensive use in agriculture has become a serious environmental concern. Bimetallic catalysts supported on mesoporous graphitic carbon nitride with catalytic performance of dechlorination and visible-light photocatalysis are employed for catalytic degradation of 2,4-D in this project. Pathways of the catalytic hydrodechlorination of 2,4-D and the visible-light photocatalytic degradation of phenoxyacetic acid will be investigated. The effect of catalyst properties, such as pore structure, surface characteristics, type and morphology of active bimetal, on the catalytic hydrodechlorination and photocatalytic efficiency will be performed to clarify the correlation of catalyst property and catalytic efficiency. In addition, the mineralization mechanism of catalytic hydrodechlorination & visible-light-induced photocatalytic degradation of 2,4-D will be illustrated and the effect of pH value, coexisting inorganic salts and organic matter on the degradation efficiency will be determined. In summary, the project will not only provide a useful guidance for the design of effective catalysts with high hydrodechlorination efficiency and visible-light photocatalytic activity, but also offer a novel hyphenated technique to promote the treatment of organic chlorinepesticide wastewater.

2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）作为目前应用最广泛的除草剂之一，其带来的环境污染问题日益引起人们的关注。本课题拟制备同时具有催化加氢脱氯和可见光催化性能的负载双金属介孔石墨相氮化碳催化剂，并将其用于催化加氢脱氯-可见光催化降解水中的2,4-D。研究2,4-D的催化加氢脱氯过程以及脱氯产物苯氧乙酸的光催化降解途径，揭示催化剂的孔道结构、表面特性以及活性双金属类型和形态对2,4-D催化加氢脱氯效率及苯氧乙酸可见光催化氧化效率的影响，明确催化剂特性与2,4-D的脱氯效率和可见光催化效率间的构效关系；阐明2,4-D在催化剂表面的催化加氢脱氯-可见光催化降解机制，确定水环境pH值、共存的无机盐及有机物对降解效率的影响。本研究不仅可为开发高效的加氢脱氯和可见光催化材料的设计制备提供有益指导，而且对探索2,4-D类污染物的新型联用处理技术，促进含氯农药废水的治理亦具有重要的现实意义。

我国是农业大国，除草剂的使用一直是保证粮食稳定高产的有效手段之一。2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-Dichlorophenoxyacetic acid，简称2,4-D）是目前应用最为广泛的除草剂之一。作为一种激素类有机物，2,4-D在环境中的存在会对人类健康产生不良影响，且该类物质在环境中不易生物降解，经过长期迁移和扩散，会导致大面积的持久性污染。因此，对受2,4-D污染的水体进行有效的处理十分必要。本项目以石墨相氮化碳（g-C3N4）为基础材料，采用高温聚合、水热法、沉积沉淀等方法进行改性，制备了g-C3N4薄片、非金属单/双掺杂g-C3N4、金属单/双掺杂g-C3N4、金属掺杂介孔g-C3N4等催化剂，并对2,4-D进行催化加氢脱氯–可见光催化降解的研究。.首先，本项目通过调控g-C3N4形貌和电子结构，分别制备了石墨相氮化碳纳米薄片、氧（O）、硫（S）、碳（C）单掺杂或双掺杂氮化碳，探究了形貌结构和能带结构对g-C3N4的可见光催化性能的影响，为进一步设计高效催化剂提供了理论基础。其次，针对含氯污染物，特别是2,4-D，探讨了载钯（Pd）石墨相氮化碳、载Pd介孔氮化碳的催化脱氯效果。进一步研究了催化剂特性与水化学条件对催化脱氯反应的影响。结果表明，催化剂表面的Pd颗粒的粒径和Pd的价态分布是影响C-Cl键断裂的关键因素，溶液pH值是影响脱氯反应的重要因素，因为pH值变化会影响污染物和材料表面的荷电情况，从而影响污染物的吸附和进一步脱氯反应。再次，针对2,4-D及其脱氯产物苯氧乙酸，探讨了Co修饰的g-C3N4以及Zn/In元素修饰的g-C3N4催化剂的光催化氧化效果。进一步研究了催化剂特性与水化学条件对光催化氧化反应的影响。结果表明，金属在催化剂表面的负载会影响电子传输，从而影响光生载流子迁移率；此外，构建异质结结构所导致的电子迁移途径的改变也会进一步改变光催化反应的效率。对光催化反应过程中水化学条件的研究表明，溶液pH值是影响光催化反应的重要因素，因pH影响污染物在催化剂表面的吸附，进而影响光催化反应。本项目的研究结果不仅可为开发高效的催化加氢脱氯和光催化剂设计制备提供有益指导，而且对探索2,4-D类污染物的新型联用处理技术，促进2,4-D的去除亦具有重要意义。