编号：FTJS107681
篇名： 废旧钴酸锂资源化衍生铁钴氧体改性石墨相氮化碳的制备及其环境光催化性能评估
作者： 朱欣杰
关键词： 废旧钴酸锂电池; 石墨氮化碳; 异质结光催化剂; 四环素; 甲醛;
机构：上海第二工业大学
摘要： 在环境污染问题日益严峻的当下,水相和气相中的污染物对生态环境与人类健康构成严重威胁,其中抗生素和甲醛污染尤为突出。与此同时,废旧钴酸锂电池的大量产生引发了资源浪费与环境污染问题。本研究旨在开发一种基于废旧钴酸锂电池材料的异质结光催化剂,用于高效降解水中四环素和室内甲醛,实现资源回收与环境治理的双重目标。 本研究采用机械化学法处理废旧钴酸锂电池,通过“铁粉+氯化钠+钴酸锂电池材料”体系,实现了锂元素的高效回收,最佳条件下回收率可达92.3%。球磨残渣经煅烧后制备出钴铁氧体（CoFe2O4）,并将其与石墨氮化碳（g-C3N4）复合,成功制备出复合光催化剂。对制备的催化剂进行了全面的表征。分析表明,CoFe2O4与g-C3N4成功复合,且复合过程未破坏g-C3N4的层状结构。光化学和电化学性能测试显示,异质结的形成有效促进了电子转移,抑制了光生电子-空穴对的复合,提高了催化剂的太阳能吸收效率。复合光催化剂具有更低的电阻和更高的光电流响应值,其导带和价带位置更有利于自由基的产生。 以四环素为模型污染物,对复合光催化剂的光催化性能进行评估。实验结果表明,在可见光辐照90 min、初始pH值为3、浓度为10 mg·L-1的条件下,复合光催化剂对50mL四环素的降解率约为95%。通过自由基淬灭实验和电子自旋共振检测发现,超氧自由基与光生空穴是主要的活性氧化物种,单线态氧起辅助作用。此外,利用福井函数（Fukui指数）和液相色谱-质谱联用仪（LC-MS）检测,推测出四环素的三种降解途径,并验证了自由基攻击位点。 在室内甲醛降解实验中,构建模拟反应箱并进行实验。结果显示,复合光催化剂在两小时内甲醛降解率达到65%以上,比纯g-C3N4高出约40%。通过流场计算模拟研究气流组织对光催化过程的影响,发现同一侧上进下出的通风方式可使降解率在6 h内达到77%,比无循环风时高约15%。化学理论计算表明,复合光催化剂对甲醛和氧气的吸附性能强于g-C3N4,有利于加快甲醛降解效率。 本研究成功将废旧钴酸锂电池中的锂元素回收并制备出高性能的复合光催化剂,该催化剂在水中四环素和室内甲醛降解方面表现出优异的性能,为废旧锂电池的资源化利用和环境污染物的治理提供了新的有效途径,在环境修复领域具有潜在的应用价值。