[發明專利]一種不含金屬元素的復合納米光催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201710361464.9
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107185574A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 甘志星
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J37/34;B01J37/08;C02F1/30;C02F101/38
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 李倩

技術領域

本發明涉及一種不含金屬元素的復合納米光催化劑，還涉及上述不含金屬元素的復合納米光催化劑的制備方法以及該不含金屬元素的復合納米光催化劑在降解有機污染物方面的應用，屬于新材料、光催化技術領域。

背景技術

可見光催化劑能直接吸收利用太陽光，在污染物的處理，分解水制氫，光還原二氧化碳等領域發揮著重要作用，因此，高效的可見光催化劑在能源和環境領域有重要的應用前景。石墨相的氮化碳(g-C₃N₄)，就是一種常見的可見光催化劑，具備結構穩定、制備方法簡單、原料易得、成本低廉等特點，受到廣泛的關注。然而由于g-C₃N₄的半導體帶隙為2.7eV，對應光學吸收帶邊為460nm，意味著可見光中只有波長為420到460nm的光子可以被吸收利用，因此可見光吸收非常有限。此外，氮化碳材料的激子結合能較高，光生電子-空穴對容易輻射復合而不能參與光催化反應，導致催化性能較低。

為了提高g-C₃N₄的可見光光催化性能，研究人員開展了大量的研究探索。目前，比較常見的方法是利用其它半導體納米結構與g-C₃N₄進行復合，通過兩種半導體之間的異質結所產生的勢壘來促進光生電子-空穴對的分離。目前為止，金屬氧化物，如氧化鋅、氧化錫、氧化亞銅，金屬硫化物和硒化物，如硫化鉬、硫化鎘和硒化鎢，均有報道被用于修飾g-C₃N₄來提升其光催化活性。另外一種方法則是利用金屬，如硼，進行摻雜處理，可以減小g-C₃N₄的半導體帶隙，拓展可見光的吸收，也可以提升其光催化性能。然而，目前為止，還沒有很好的g-C₃N₄的改性方法可以同時解決上述兩個問題的。特別是，目前的改性方法都離不開金屬元素。g-C₃N₄本身是不含金屬的特殊半導體材料，而目前的這些改性方法會引入金屬元素，破壞其本身的特性，一方面使得成本增加，另一方面后期報廢處理也會對環境造成一定負擔。

發明內容

發明目的：本發明所要解決的技術問題是提供一種不含金屬元素的復合納米光催化劑，該催化劑采用碳化硅納米顆粒對石墨相氮化碳進行修飾改性，得到的復合納米光催化劑不僅有效拓寬了對可見光的吸收范圍，而且還能有效促進光生電子-空穴對的分離。

本發明還要解決的技術問題是提供上述不含金屬元素的復合納米光催化劑的制備方法。

本發明最后要解決的技術問題是提供上述不含金屬元素的復合納米光催化劑在降解有機污染物方面的應用。

發明內容：為解決上述技術問題，本發明所采用的技術手段為：

一種不含金屬元素的復合納米光催化劑，該復合納米光催化劑采用碳化硅納米顆粒對石墨相氮化碳進行修飾改性得到，碳化硅納米顆粒與石墨相氮化碳之間形成半導體異質結。

其中，所述復合納米光催化劑中，碳化硅納米顆粒與石墨相氮化碳的質量比為1∶10～200。

其中，所述碳化硅納米顆粒的晶型為Beta相。

上述不含金屬元素的復合納米光催化劑的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，按質量比為1∶10～200分別稱取碳化硅納米顆粒與三聚氰胺粉末，并將兩者混合均勻；

步驟2，將步驟1得到的混合物分散于一定量的酒精中，充分攪拌均勻，得到酒精分散液；

步驟3，利用水浴超聲機，對步驟2的酒精分散液超聲處理一段時間，然后將分散液中的酒精迅速蒸發掉，得到干燥的團聚物；

步驟4，將團聚物均勻鋪平后置于馬弗爐中煅燒，以2～20℃/min的升溫速率升溫到500～600℃后保溫1～5小時，自然冷卻后，得到塊狀物；

步驟5，將塊狀物進行研磨或球磨處理即可得到所需粉末。

其中，步驟1中，所述碳化硅納米顆粒與三聚氰胺粉末的質量比為1∶100。

其中，步驟3中，超聲處理的頻率為40kHz，功率為100W。

其中，步驟3中，干燥溫度為60～70℃。

其中，步驟4中，升溫速率為10℃/min，反應溫度為550℃，保溫時間為2小時。

其中，步驟5中，研磨或球磨時間為12小時。

上述不含金屬元素的復合納米光催化劑在降解有機污染物方面的應用。

其中，所述有機污染物為甲基橙。