泡沫碳/g-C₃N₄光热-光催化协同蒸发器构建及其污水蒸发降解性能

摘要

为了提高光热水蒸发系统的能效和环境适应性，将光催化剂引入到界面光热吸收体中，通过光热和光催化协同效应优化有机污水处理效率。首先，采用液相泡沫法制备具有界面光热效应的泡沫碳光吸收体，以此为基体，引入二维g-C₃N₄光催化剂，制备泡沫碳负载g-C₃N₄光热催化材料（CN/CF），对其结构和性能进行分析。结果表明，CN/CF表现出三维多孔结构，可为光热水传输提供便利通道；同时，复合材料中存在的多孔泡沫碳和g-C₃N₄又可有效拓宽材料对光的响应范围，提高光能利用率；泡沫碳能将光能高效转换为热能实现水的蒸发，g-C₃N₄在光激发下又可形成电子-空穴对，通过氧化还原反应实现污染物的降解；光热水蒸发循环测试和温度控制实验表明，光热效应可有效促进光催化过程中光生载流子分离，提高催化效率，而光催化过程又能抑制污染物的沉积，促进稳定高效蒸发，两者具备协同促进效应；在1 kW·m^-2太阳光照射下，CN/CF光热水蒸发效率为1.0788 kg·m^-2·h^-1，且在2.5 h内对亚甲基蓝的降解率达到89%。

关键词

泡沫碳 / g-C₃N₄ / 纳米片 / 光热水蒸发 / 光催化降解

基金资助

国家自然科学基金项目（22105151,52305211）; 湖北省重点研发计划项目（2022BAA094）; 湖北省自然科学基金资助项目（2021CFB469,2021CFB124,2022CFB626）; 湖北省教育厅科学技术研究项目（B2022017）