石墨氮化碳由于其合成简单、成本低、毒性低、独特的电子结构和良好的稳定性,近年来成为高级氧化法中有潜力的催化剂。作为一种不含金属的共轭聚合物半导体,g-C3N4的禁带宽度约2.7eV,使其具有较强的光吸收能力;固有的官能团和空位以及sp2杂化碳网络有助于离域电子的产生和迁移;g-C3N4具有二维层状结构和六个氮孤对电子,有利于金属物种的固定和分散。由于这些优良特性,g-C3N4基催化剂已被广泛应用于AOPs。本文重点介绍了g-C3N4基催化剂在Fenton法、催化臭氧化法和过硫酸盐活化法三种典型AOPs中的应用。详细讨论了g-C3N4基催化剂在这些AOPs中的催化性能及其作用机理。同时,总结了pH、水温、天然有机物、无机阴离子和溶解氧等水化学因素对g-C3N4基催化剂催化性能的影响。此外,还介绍了g-C3N4基催化剂在水处理中的可重复使用性、稳定性和毒性。最后,作者展望了g-C3N4基催化剂在这些AOPs中的主要挑战和机遇,以期在今后的研究中得到更好的发展。
图1 g-C3N4基催化剂降解有机污染物的催化机理