氮化碳光催化材料及其制備方法和應(yīng)用與流程

本發(fā)明涉及一種包含碳化合物的催化劑，特別是涉及一種用于在可見光下催化降解污染物的光催化材料。

背景技術(shù)：

石墨型氮化碳作為一種半導(dǎo)體光催化材料正受到越來越廣泛的關(guān)注。然而單一相的

g-c3n4催化劑因其高電子-空穴復(fù)合率，低可見光利用率，低比表面積，低電子傳輸效率和易團(tuán)聚的形貌限制了其在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用。

為了更進(jìn)一步地提高氮化碳的光催化活性，可以通過加入模板(sba-15、kit-6和表面活性劑等)來對(duì)氮化碳的形貌進(jìn)行控制，加入模板能夠提高氮化碳的孔徑和比表面積，從而提高氮化碳的光催化活性。目前已有報(bào)道的用于復(fù)合的半導(dǎo)體有in2o3，wo3，tio2，cds，biwo4，ag3po4，invo4，srtio3，鹵氧鉍等。以cds為例，cds的價(jià)帶在1.9ev，導(dǎo)帶在-0.5ev，氮化碳的光生電子更負(fù)，會(huì)注入導(dǎo)帶低的cds，而cds的光生空穴電勢(shì)更正，會(huì)流向氮化碳，從而使電子空穴對(duì)在空間上分離，二者的協(xié)同作用也使其在催化效果上也優(yōu)于單一的cds或氮化碳。

然而上述方法均存在制備方法復(fù)雜或原料成本高的缺點(diǎn)，不能滿足工業(yè)化要求。因此急需開發(fā)一種低成本，易制備，使用簡單的光催化材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決以上技術(shù)問題而提供了一種具有高可見光吸收能力的改性g-c3n4光催化劑的制備方法及其在可見光催化處理污染物中的應(yīng)用，采用本發(fā)明的技術(shù)方案將2,4-二氨基嘧啶與雙氰胺共聚制得的氮化碳光催化材料，在可見光下，有機(jī)分子摻雜型氮化碳對(duì)甲基橙的催化降解效率顯著提高，從而能夠應(yīng)用于降解染料廢水。

本發(fā)明涉及一種氮化碳光催化材料及其制備方法和應(yīng)用，所述方法包括以下步驟：

(1)將雙氰胺與2,4-二氨基嘧啶混合，加水加熱溶解后，蒸干水分，得到蒸干后的混合物；

(2)將蒸干后混合物加熱至400～700℃保持2～6h，冷卻后研磨成粉，即制得本發(fā)明的氮化碳光催化材料。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中雙氰胺與2,4-二氨基嘧啶的質(zhì)量比為3：(0～0.1)。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中雙氰胺與2,4-二氨基嘧啶的質(zhì)量比為3：(0.06～0.09)。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中雙氰胺與2,4-二氨基嘧啶的質(zhì)量比為3:0.08。

優(yōu)選地，所述步驟(1)的具體操作步驟為：將雙氰胺和2,4-二氨基嘧啶加入水中，加熱到70～80℃保持溫度至雙氰胺和2,4-二氨基嘧啶溶解，然后加熱至100℃蒸干水分，得到蒸干后的混合物。

優(yōu)選地，所述步驟(2)加熱至550℃保持4h，加熱時(shí)升溫速率為15℃/min，加熱在馬弗爐中進(jìn)行。

本發(fā)明還涉及一種氮化碳光催化材料，所述氮化碳光催化材料是按照上述任意一種方法制備得到的。

本發(fā)明還涉及一種氮化碳光催化材料的應(yīng)用，所述氮化碳光催化材料用于在可見光下催化降解污染物。

優(yōu)選地，所述污染物為甲基橙。

本發(fā)明氮化碳光催化材料及其制備方法和應(yīng)用與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于：

(1)采用本發(fā)明的方法制備得到的產(chǎn)品透光性好，材料結(jié)構(gòu)更疏松，比表面積較未摻雜的氮化碳更大

(2)采用本發(fā)明的方法制備得到的產(chǎn)品可見光吸收性能較未摻雜的氮化碳更好

(3)本發(fā)明氮化碳光催化材料的制備方法制得的產(chǎn)品在可見光下，對(duì)甲基橙的催化降解效率顯著提高，從而能夠應(yīng)用于降解染料廢水。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1和2制備方法制備的催化劑xrd對(duì)比圖；

圖2為實(shí)施例1方法制備的催化劑電子透射顯微鏡下的透射電鏡圖；

圖3為實(shí)施例2方法制備的催化劑電子透射顯微鏡下的透射電鏡圖；

圖4為實(shí)施例1和實(shí)施例2方法制備的固體紫外-可見漫發(fā)射光譜圖；

圖5為實(shí)施例3方法所得到的催化曲線。

具體實(shí)施方式

通過以下實(shí)施例和驗(yàn)證試驗(yàn)對(duì)本發(fā)明的氮化碳光催化材料及其制備方法和應(yīng)用作進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的氮化碳光催化材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行：

稱取3g雙氰胺置于50ml剛玉坩堝中，再加15ml水升溫至80℃溶解，后100℃蒸干水分，接著放置于馬弗爐中以15℃/min的速率升溫至550℃，并在550℃保持4h，然后自然冷卻至室溫后研磨成粉，標(biāo)記為cn。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的氮化碳光催化材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行：

稱取3g雙氰胺置于50ml剛玉坩堝中，加摻雜單體2,4-二氨基嘧啶0.08g，再加15ml水升溫至80℃溶解，后100℃蒸干水分，接著放置于馬弗爐中以15℃/min的速率升溫至550℃，并在550℃保持4h，然后自然冷卻至室溫后研磨成粉狀，標(biāo)記為cn-pa。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的氮化碳光催化材料的制備方法與實(shí)施例2的不同之處在于：加入的2,4-二氨基嘧啶的量為0.01g。

實(shí)施例4

本實(shí)施例的氮化碳光催化材料的制備方法與實(shí)施例2的不同之處在于：加入的2,4-二氨基嘧啶的量為0.1g。

實(shí)施例5

本實(shí)施例的氮化碳光催化材料的制備方法與實(shí)施例2的不同之處在于：加入的2,4-二氨基嘧啶的量為0.06g。

驗(yàn)證試驗(yàn)1

將按實(shí)施例1和2方法制備的催化劑，經(jīng)x射線衍射儀掃描后，見圖1，根據(jù)兩種催化劑在13°和27.4°出現(xiàn)衍射峰，推測(cè)制得的產(chǎn)物為石墨型氮化碳，經(jīng)過分子摻雜后并沒有改變石墨型氮化碳的結(jié)構(gòu)。

驗(yàn)證試驗(yàn)2

將按實(shí)施例1和2方法制備的催化劑，經(jīng)過透射電鏡后，見圖2和圖3，其中圖2為氮化碳的透射電鏡圖，圖3為分子摻雜氮化碳透射電鏡圖。分子摻雜氮化碳的電鏡圖片顏色深淺不一，說明透光性好，材料結(jié)構(gòu)更疏松，比表面積較未摻雜的氮化碳更大。

驗(yàn)證試驗(yàn)3

將按實(shí)施例1和2方法制備的催化劑，樣品的光譜吸收性能通過固體紫外-可見漫發(fā)射光譜來表征，見圖4，分子摻雜氮化碳的可見光吸收性能較未摻雜的氮化碳更好。

驗(yàn)證試驗(yàn)4

采用按實(shí)施例1和2方法制備的催化劑進(jìn)行降解甲基橙實(shí)驗(yàn)，取0.3g催化劑加入到50ml去離子水中，超聲5min使催化劑分散均勻，后再加入20mg/l甲基橙溶液50ml，分散液置于暗處30min，吸取2ml分散液為第一個(gè)樣，標(biāo)為0。隨后將反應(yīng)罐置于可見光照射下，并通冷凝水保持反應(yīng)溫度恒定。光照時(shí)每1h取樣一次，共取5個(gè)樣，分別標(biāo)為1、2、3、4、5，所取樣品均需放置于暗環(huán)境中。取樣完成后將6個(gè)樣品中的催化劑用離心機(jī)分離出來，取上清液用紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)試甲基橙的濃度變化。

按實(shí)施例1和2的方法制備得到的催化劑在可見光下催化甲基橙的降解曲線，見圖5，計(jì)算得到按實(shí)施例2方法制備的催化劑5h后光催化效率為75％，而按實(shí)施例1方法制備的催化劑5h后光催化效率為34％。

上述驗(yàn)證試驗(yàn)證明，將2,4-二氨基嘧啶與雙氰胺共聚得到的產(chǎn)品在可見光下，有機(jī)分子摻雜型氮化碳對(duì)甲基橙的催化降解效率顯著提高，從而能夠應(yīng)用于降解染料廢水。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式作出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。