#化学每日一文# 【热点文章】无定型碳/g-C3N4制备及其光催化降解四环素性能
引用本文:陈建军, 周诗园, 黄雨晨, 等. 无定型碳/g-C3N4制备及其光催化降解四环素性能[J]. 化学试剂, 2023, 45（7）：107-112.
DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2023.0098
背景介绍
自青霉素问世后，抗生素的应用进入了“黄金时期”，最常用的一类抗生素——四环素，人体肠胃很难将其完全吸收，一部分会以化合物的形式被人体排出到自然环境当中。由于四环素的稳定性高，其在自然界中难以被分解，对生态环境造成了不可估量的危害，因此迫切需要找到一种方法来解决这个问题。
文章亮点
1.以尿素和葡萄糖为原料，采用一步高温煅烧的方法制备C/g-C3N4复合材料；
2.通过调节葡萄糖的比例，改变复合物中无定型碳含量，对复合材料的可见光催化降解四环素性能进行研究，并初步探讨其催化反应机理。
内容介绍
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
1.2 实验方法
1.2.1 光催化剂的制备
准确称取10.0 g尿素和一定质量的葡萄糖放入研钵中，研磨至粉末状，使其充分混合。接着将其转移到坩埚当中，盖严盖子后放置于高温电炉。
1.2.2 可见光催化降解四环素性能
将四环素作为目标降解物，首先取10 mL（20 mg/L）四环素溶液于离心管当中，作为第一个样品。接着将100 mL（20 mg/L）的四环素溶液转移至反应器当中，加入20 mg催化剂，暗反应30 min，使得样品和四环素完成吸附解离平衡，然后取样10 mL于离心管中。
2 结果与讨论
2.1 XRD结果分析
采用X-射线衍射仪对无定型碳、g-C3N4和复合物的物相结构进行分析，结果如图1所示。
图1 样品的XRD图
2.2 FT-IR结果分析
采用FT-IR对样品官能团结构进行进一步分析，结果如图2所示，所有样品在816 cm-1处有一个强吸收峰，是由三-S-三嗪环结构的弯曲振动所产生。
图2 样品的FT-IR图
2.3 XPS结果分析
a. C 1S图; b. N 1S图
图3 g-C3N4和0.05%C/g-C3N4的XPS图谱
为研究g-C3N4与复合材料的化学组成及键合特性，对其进行了XPS分析，结果如图3所示。
2.4 微观结构分析
通过透射电镜分别对无定形碳、g-C3N4和C/g-C3N4复合材料的形貌进行分析，结果如图4所示。
a.无定形碳; b. 0.05%C/g-C3N4; c. g-C3N4
图4 样品的透射电镜图
2.5 光吸收性能分析
材料的光吸收性能是影响光催化性能的一个重要因素，为研究样品的光吸收性能，对g-C3N4与复合物的UV-Vis漫反射光谱进行分析，结果如图5所示。
a.UV-vis漫反射光谱；b.带隙图
图5 样品的光吸收性能
2.6 光电化学分析
a. I-t曲线图；b.阻抗图
图6 样品的光电化学分析
利用光电流测试对g-C3N4和0.05%C/g-C3N4的光生电子与空穴分离效果进行评价，光电流密度越高，光生电子与空穴分离效果越好。
2.7 光催化降解四环素性能分析
通过在可见光下降解四环素对样品的光催化性能进行分析，结果如图7所示。在没有任何光催化剂的情况下，四环素的光解作用可以忽略不计。
图7 催化剂在可见光下对四环素的光降解曲线
3 结论
以葡萄糖和尿素为原料，通过高温聚合的方法制备出无定形碳/g-C3N4复合材料。其中无定型碳是以复合的形式和g-C3N4进行结合，无定形碳的引入不仅拓宽了对可见光的吸收范围，还促进了光生载流子的有效分离。可见光催化降解四环素结果表明：0.05% C/g-C3N4呈现出最好的光催化效果，其可见光催化降解四环素反应速率为0.05946 min-1，是g-C3N4的5倍。该工作为新型复合材料的开发和应用提供了一种的新思路。
引用本文:陈建军, 周诗园, 黄雨晨, 等. 无定型碳/g-C3N4制备及其光催化降解四环素性能[J]. 化学试剂, 2023, 45（7）：107-112.
DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2023.0098
背景介绍
自青霉素问世后，抗生素的应用进入了“黄金时期”，最常用的一类抗生素——四环素，人体肠胃很难将其完全吸收，一部分会以化合物的形式被人体排出到自然环境当中。由于四环素的稳定性高，其在自然界中难以被分解，对生态环境造成了不可估量的危害，因此迫切需要找到一种方法来解决这个问题。
文章亮点
1.以尿素和葡萄糖为原料，采用一步高温煅烧的方法制备C/g-C3N4复合材料；
2.通过调节葡萄糖的比例，改变复合物中无定型碳含量，对复合材料的可见光催化降解四环素性能进行研究，并初步探讨其催化反应机理。
内容介绍
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
1.2 实验方法
1.2.1 光催化剂的制备
准确称取10.0 g尿素和一定质量的葡萄糖放入研钵中，研磨至粉末状，使其充分混合。接着将其转移到坩埚当中，盖严盖子后放置于高温电炉。
1.2.2 可见光催化降解四环素性能
将四环素作为目标降解物，首先取10 mL（20 mg/L）四环素溶液于离心管当中，作为第一个样品。接着将100 mL（20 mg/L）的四环素溶液转移至反应器当中，加入20 mg催化剂，暗反应30 min，使得样品和四环素完成吸附解离平衡，然后取样10 mL于离心管中。
2 结果与讨论
2.1 XRD结果分析
采用X-射线衍射仪对无定型碳、g-C3N4和复合物的物相结构进行分析，结果如图1所示。
图1 样品的XRD图
2.2 FT-IR结果分析
采用FT-IR对样品官能团结构进行进一步分析，结果如图2所示，所有样品在816 cm-1处有一个强吸收峰，是由三-S-三嗪环结构的弯曲振动所产生。
图2 样品的FT-IR图
2.3 XPS结果分析
a. C 1S图; b. N 1S图
图3 g-C3N4和0.05%C/g-C3N4的XPS图谱
为研究g-C3N4与复合材料的化学组成及键合特性，对其进行了XPS分析，结果如图3所示。
2.4 微观结构分析
通过透射电镜分别对无定形碳、g-C3N4和C/g-C3N4复合材料的形貌进行分析，结果如图4所示。
a.无定形碳; b. 0.05%C/g-C3N4; c. g-C3N4
图4 样品的透射电镜图
2.5 光吸收性能分析
材料的光吸收性能是影响光催化性能的一个重要因素，为研究样品的光吸收性能，对g-C3N4与复合物的UV-Vis漫反射光谱进行分析，结果如图5所示。
a.UV-vis漫反射光谱；b.带隙图
图5 样品的光吸收性能
2.6 光电化学分析
a. I-t曲线图；b.阻抗图
图6 样品的光电化学分析
利用光电流测试对g-C3N4和0.05%C/g-C3N4的光生电子与空穴分离效果进行评价，光电流密度越高，光生电子与空穴分离效果越好。
2.7 光催化降解四环素性能分析
通过在可见光下降解四环素对样品的光催化性能进行分析，结果如图7所示。在没有任何光催化剂的情况下，四环素的光解作用可以忽略不计。
图7 催化剂在可见光下对四环素的光降解曲线
3 结论
以葡萄糖和尿素为原料，通过高温聚合的方法制备出无定形碳/g-C3N4复合材料。其中无定型碳是以复合的形式和g-C3N4进行结合，无定形碳的引入不仅拓宽了对可见光的吸收范围，还促进了光生载流子的有效分离。可见光催化降解四环素结果表明：0.05% C/g-C3N4呈现出最好的光催化效果，其可见光催化降解四环素反应速率为0.05946 min-1，是g-C3N4的5倍。该工作为新型复合材料的开发和应用提供了一种的新思路。
氧化锌在胶料中的作用
1、氧化锌在胶料中，主要起活性剂（即助促进剂）的作用。因加入橡胶中的氧化锌与促进剂反应生成锌盐络合物，含有空轨道的2n2+粒子极化能力较强，易促进硫黄环型分子裂解，以促进橡胶硫化。为什么要与硬脂酸配合使用，因加工过程中，氧化锌与橡胶分子都带正电荷，同性相斥，难于在橡胶中分散，当与硬脂酸一并加入，在混炼过程中，生成硬脂酸锌就易于分散了。
2、氧化锌在橡胶中还是一种优良的导热剂和热容剂。氧化锌的导热性是炭黑的2.5倍，是橡胶的5倍；它的热容性是炭黑的2倍。为什么在翻胎的内胶（缓冲胶）、填洞胶和垫子胶中，氧化锌用量较大呢？这是因为内胶处于胎面与胎体之间，填洞胶处于胎体之中，衬垫胶位于衬垫与胎体内层之间。轮胎在高负荷高速持续行驶中，反复压缩、伸张、屈挠变形，必然要生热。为减少这些部位的热积累，必须尽量使这些部位的胶散热快，热容量要大，所以这些部位的胶中，氧化锌都较大。氧化锌还是一种补强、着色剂。
氧化锌的生产方法
目前，世界上氧化锌的生产方法大体上可分为“火法”和“湿法”两大类。“火法”又分为间接法和直接法两种。直接法又称美国法，它以矿石为原料，经高温还原、氧化，直接获得氧化锌产品。该法虽能以矿石为原料，但缺点是能耗大，产品质量不稳定，一级品率很低。间接法又称法国法，它是以高纯锌锭为原料，经高温升华、氧化制得氧化锌。该法的优点是产品纯度高，缺点是锌锭价格昂贵，能耗大，成本高，产品活性低，使用面受到限制。“湿法”又称化学法，是近年来兴起的生产氧化锌的方法。该法种类较多，但多处于开发阶段。目前广泛采用的方法为硫酸法，即粗ZnO用硫酸浸取、除杂、净化，加入碳酸钠进行复分解反应，中间产品经烘干或煅烧即得碱式碳酸锌或氧化锌。作为硫酸法的改进，亦有用碳酸氢铵代替碳酸钠作为沉淀剂的。该法的优点是一个流程可得多种产品，产品质量好，其缺点是硫酸和碳酸钠（碳酸氢铵）消耗量大，产品成本高，设备腐蚀严重，副产品硫酸钠或硫酸铵回收困难；如不回收，直接排放会造成环境污染。
什么是活性氧化锌
活性氧化锌为白色或微黄色球状微细粉末，密度5.47gcm3，熔点1800℃，不溶于水，溶于酸、碱、氯化铵和氨水中。在潮湿空气中能吸收空气中二氧化碳生成碱式碳酸锌。
按化工部HG2572-94标准，普通氧化锌粒度0.5μm，柱状，棒状，比表面积1~5m2/g；活性氧化锌粒度0.05μm，球状，比表面积35~45m/g。活性氧化锌表面能吸附气体分子形成单分子吸附层，据此可计算出其比表面积，判断其活性度活性氧化锌和氧化锌在化学成分上是相同的，它们的差异主要表现在物理性质上，因而用途也不尽相同。活性氧化锌的纯度低于用直接法或间接法生的氧化锌，但其特有的物理、化学性质能显示其优越性。氧化锌一般用于橡胶工业，它主要作为天然橡胶、合成橡胶及乳胶的活化剂。活性氧化锌的颗粒细小呈球状，具有很大的表面积，具有良好的分散性与良好的吸附性，因而能促进橡胶的硫化、活化和补强防老化作用，能加强硫化过程，提高橡胶制品耐撕裂性、耐磨性。
活性氧化锌还用于白色乳胶的着色剂和填充剂、氯丁橡胶中的硫化剂、塑料工业的光稳定剂、合成氨工业中的脱硫催化剂，还可用于涂料、搪瓷、颜料等化工工业。在橡胶工业中用活性氧化锌比用普通氧化锌可减少1/3~1/4的用量。
活性氧化锌与普通氧化锌的区别和特点
活性氧化锌与普通氧化锌的差别：
①它们生产方法不同。普通氧化锌的生产方法有：间接法、直接法和电热法。比如常用的间接法氧化锌，它是由电解锌锭经熔解后，在髙温下锌蒸气经氧化面制成2Zn+O2高温下2ZnO，而活性氧化锌则是由碳酸锌经4000C焙烧分解获得ZnCO3400℃ZnO+CO2；
②是它们的粒径和表面积大小不同，活性氧化锌粒径小，表面积大，普通氧化锌的表面积多为3—5m2/g，而活性氧化锌的表面积多为30-50m2/g相差10倍。
活性氧化锌的主要特点：①活性大，对硫化反应有较强的活化作用，因此，可减少用量或缩短硫化时间；
②比重小，有害物质含量少（如Pb、Hg、Ge Mn等）；
③活性氧化锌易与胶料混合，分散均匀，可提高胶料的粘性，因此活性氧化锌用量较普通氧化锌少；
④可提高压出制品形状的稳定性和导热性。
活性氧化锌的用途
活性氧化锌广泛用于橡胶工业，主要用作天然橡胶、合成橡胶及乳胶的硫化活性剂、补强剂及浅色橡胶制品的着色剂，使橡胶制品具有良好的耐磨性、耐撕裂性和弹性；颗粒微细的活性氧化锌可用作聚烯烃和聚氯乙烯等塑料的光稳定剂及合成氨生产中用作脱硫剂等。普通碱式碳酸锌主要用作橡胶硫化促进剂油田开采及化肥生产中的脱硫剂等。透明碱式碳酸锌主要用作透明及浅色橡胶制品，如透明橡胶鞋底及乳胶制品等。#科普 ##氧化锌[超话]#
1、氧化锌在胶料中，主要起活性剂（即助促进剂）的作用。因加入橡胶中的氧化锌与促进剂反应生成锌盐络合物，含有空轨道的2n2+粒子极化能力较强，易促进硫黄环型分子裂解，以促进橡胶硫化。为什么要与硬脂酸配合使用，因加工过程中，氧化锌与橡胶分子都带正电荷，同性相斥，难于在橡胶中分散，当与硬脂酸一并加入，在混炼过程中，生成硬脂酸锌就易于分散了。
2、氧化锌在橡胶中还是一种优良的导热剂和热容剂。氧化锌的导热性是炭黑的2.5倍，是橡胶的5倍；它的热容性是炭黑的2倍。为什么在翻胎的内胶（缓冲胶）、填洞胶和垫子胶中，氧化锌用量较大呢？这是因为内胶处于胎面与胎体之间，填洞胶处于胎体之中，衬垫胶位于衬垫与胎体内层之间。轮胎在高负荷高速持续行驶中，反复压缩、伸张、屈挠变形，必然要生热。为减少这些部位的热积累，必须尽量使这些部位的胶散热快，热容量要大，所以这些部位的胶中，氧化锌都较大。氧化锌还是一种补强、着色剂。
氧化锌的生产方法
目前，世界上氧化锌的生产方法大体上可分为“火法”和“湿法”两大类。“火法”又分为间接法和直接法两种。直接法又称美国法，它以矿石为原料，经高温还原、氧化，直接获得氧化锌产品。该法虽能以矿石为原料，但缺点是能耗大，产品质量不稳定，一级品率很低。间接法又称法国法，它是以高纯锌锭为原料，经高温升华、氧化制得氧化锌。该法的优点是产品纯度高，缺点是锌锭价格昂贵，能耗大，成本高，产品活性低，使用面受到限制。“湿法”又称化学法，是近年来兴起的生产氧化锌的方法。该法种类较多，但多处于开发阶段。目前广泛采用的方法为硫酸法，即粗ZnO用硫酸浸取、除杂、净化，加入碳酸钠进行复分解反应，中间产品经烘干或煅烧即得碱式碳酸锌或氧化锌。作为硫酸法的改进，亦有用碳酸氢铵代替碳酸钠作为沉淀剂的。该法的优点是一个流程可得多种产品，产品质量好，其缺点是硫酸和碳酸钠（碳酸氢铵）消耗量大，产品成本高，设备腐蚀严重，副产品硫酸钠或硫酸铵回收困难；如不回收，直接排放会造成环境污染。
什么是活性氧化锌
活性氧化锌为白色或微黄色球状微细粉末，密度5.47gcm3，熔点1800℃，不溶于水，溶于酸、碱、氯化铵和氨水中。在潮湿空气中能吸收空气中二氧化碳生成碱式碳酸锌。
按化工部HG2572-94标准，普通氧化锌粒度0.5μm，柱状，棒状，比表面积1~5m2/g；活性氧化锌粒度0.05μm，球状，比表面积35~45m/g。活性氧化锌表面能吸附气体分子形成单分子吸附层，据此可计算出其比表面积，判断其活性度活性氧化锌和氧化锌在化学成分上是相同的，它们的差异主要表现在物理性质上，因而用途也不尽相同。活性氧化锌的纯度低于用直接法或间接法生的氧化锌，但其特有的物理、化学性质能显示其优越性。氧化锌一般用于橡胶工业，它主要作为天然橡胶、合成橡胶及乳胶的活化剂。活性氧化锌的颗粒细小呈球状，具有很大的表面积，具有良好的分散性与良好的吸附性，因而能促进橡胶的硫化、活化和补强防老化作用，能加强硫化过程，提高橡胶制品耐撕裂性、耐磨性。
活性氧化锌还用于白色乳胶的着色剂和填充剂、氯丁橡胶中的硫化剂、塑料工业的光稳定剂、合成氨工业中的脱硫催化剂，还可用于涂料、搪瓷、颜料等化工工业。在橡胶工业中用活性氧化锌比用普通氧化锌可减少1/3~1/4的用量。
活性氧化锌与普通氧化锌的区别和特点
活性氧化锌与普通氧化锌的差别：
①它们生产方法不同。普通氧化锌的生产方法有：间接法、直接法和电热法。比如常用的间接法氧化锌，它是由电解锌锭经熔解后，在髙温下锌蒸气经氧化面制成2Zn+O2高温下2ZnO，而活性氧化锌则是由碳酸锌经4000C焙烧分解获得ZnCO3400℃ZnO+CO2；
②是它们的粒径和表面积大小不同，活性氧化锌粒径小，表面积大，普通氧化锌的表面积多为3—5m2/g，而活性氧化锌的表面积多为30-50m2/g相差10倍。
活性氧化锌的主要特点：①活性大，对硫化反应有较强的活化作用，因此，可减少用量或缩短硫化时间；
②比重小，有害物质含量少（如Pb、Hg、Ge Mn等）；
③活性氧化锌易与胶料混合，分散均匀，可提高胶料的粘性，因此活性氧化锌用量较普通氧化锌少；
④可提高压出制品形状的稳定性和导热性。
活性氧化锌的用途
活性氧化锌广泛用于橡胶工业，主要用作天然橡胶、合成橡胶及乳胶的硫化活性剂、补强剂及浅色橡胶制品的着色剂，使橡胶制品具有良好的耐磨性、耐撕裂性和弹性；颗粒微细的活性氧化锌可用作聚烯烃和聚氯乙烯等塑料的光稳定剂及合成氨生产中用作脱硫剂等。普通碱式碳酸锌主要用作橡胶硫化促进剂油田开采及化肥生产中的脱硫剂等。透明碱式碳酸锌主要用作透明及浅色橡胶制品，如透明橡胶鞋底及乳胶制品等。#科普 ##氧化锌[超话]#
#spaceweather天文酷图##天文酷图#
【彗星 C/2013A1 赛德斯普林/火星2014:10:16 20:41:10 】
Gary 于 2014 年 10 月 17 日拍摄于德克萨斯州戴维斯堡
【拍摄参数】
使用相机：佳能Canon EOS REBEL T4i
曝光时间：30/1
光圈：f/inf
感光度：6400
拍摄日期：2014年:10:16 20:41:10
【详细说明】
绿色彗星 C/2013 A1 侧板弹簧，星等 11.1。现在距火星约 2.5 天。佳能 T4i，米德 10 英寸 f6.3，iso 6400，30 秒曝光。特写镜头和 T4i，75mm f/4 更宽的视野，拍摄火星和银河系。 SkyXPro 图表显示了 10 月 19 日与火星会合的特写视野和更广阔视野的 4 天路径。图片 2014/10/17 UT 01:35 。
来源：Spaceweather
版权：Gary
翻译：baidu*
*：此为机器翻译且未人工审核，可能有不通顺的地方。
【相关知识】
天文学是一门研究天体和天文现象的自然科学。它使用数学、物理和化学来解释它们的起源和演化。天文学的研究对象包括：行星、卫星、恒星、星云、星系和彗星等天体，以及超新星爆炸、伽马射线暴、类星体、耀变体、脉冲星和宇宙微波背景辐射等天文现象。更通俗地说，天文学研究起源于地球大气层之外的一切事物。宇宙学是天文学的一个分支，从整体上研究宇宙。
发布时间：2023年07月13日01时36分03秒天文 超话
【彗星 C/2013A1 赛德斯普林/火星2014:10:16 20:41:10 】
Gary 于 2014 年 10 月 17 日拍摄于德克萨斯州戴维斯堡
【拍摄参数】
使用相机：佳能Canon EOS REBEL T4i
曝光时间：30/1
光圈：f/inf
感光度：6400
拍摄日期：2014年:10:16 20:41:10
【详细说明】
绿色彗星 C/2013 A1 侧板弹簧，星等 11.1。现在距火星约 2.5 天。佳能 T4i，米德 10 英寸 f6.3，iso 6400，30 秒曝光。特写镜头和 T4i，75mm f/4 更宽的视野，拍摄火星和银河系。 SkyXPro 图表显示了 10 月 19 日与火星会合的特写视野和更广阔视野的 4 天路径。图片 2014/10/17 UT 01:35 。
来源：Spaceweather
版权：Gary
翻译：baidu*
*：此为机器翻译且未人工审核，可能有不通顺的地方。
【相关知识】
天文学是一门研究天体和天文现象的自然科学。它使用数学、物理和化学来解释它们的起源和演化。天文学的研究对象包括：行星、卫星、恒星、星云、星系和彗星等天体，以及超新星爆炸、伽马射线暴、类星体、耀变体、脉冲星和宇宙微波背景辐射等天文现象。更通俗地说，天文学研究起源于地球大气层之外的一切事物。宇宙学是天文学的一个分支，从整体上研究宇宙。
发布时间：2023年07月13日01时36分03秒天文 超话
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