[發(fā)明專利]磷摻雜氮化碳/氮化碳同型異質(zhì)結(jié)光催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810186193.2
• 申請(qǐng)日: 2018-03-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108380233B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁興中;蔣龍波;梁婕;吳志斌;王侯;張進(jìn);熊婷;李輝;曾光明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/24
• 分類號(hào): B01J27/24;B01J35/10;C02F1/30;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 何文紅

本發(fā)明公開(kāi)了一種磷摻雜氮化碳/氮化碳同型異質(zhì)結(jié)光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，該光催化劑以氮化碳為載體，氮化碳上修飾有磷摻雜氮化碳。其制備方法包括：將磷摻雜氮化碳與三聚氰胺混合，所得混合物前驅(qū)體進(jìn)行煅燒，得到磷摻雜氮化碳/氮化碳同型異質(zhì)結(jié)光催化劑。本發(fā)明光催化劑具有綠色環(huán)保、完全無(wú)金屬摻雜、對(duì)可見(jiàn)光吸收能力強(qiáng)、比表面積增大、光生電荷分離速率快、光催化活性高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，其制備方法具有制備工藝簡(jiǎn)單、易操控、原料易得、成本低、適于連續(xù)大規(guī)模批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明光催化劑可用于降解抗生素廢水，具有光催化性能穩(wěn)定、耐腐蝕性能強(qiáng)、降解效率高的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的實(shí)際應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磷摻雜氮化碳/氮化碳同型異質(zhì)結(jié)光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來(lái)，由于能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，利用光催化劑降解環(huán)境中的污染物作為一種環(huán)境友好和低成本的技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注。目前常用的光催化劑為二氧化鈦。雖然二氧化鈦具有無(wú)毒、高效和低廉的優(yōu)點(diǎn)，但是其較寬的禁帶寬度導(dǎo)致其只能吸收太陽(yáng)光中僅占約4%的紫外光，這大大限制了其應(yīng)用。因此，發(fā)展一種能夠在可見(jiàn)光下發(fā)生催化作用、價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定的光催化劑或者其復(fù)合材料至關(guān)重要。

氮化碳（g-C₃N₄）是一種具有可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化材料，自其問(wèn)世就受到人們的廣泛關(guān)注。由于氮化碳具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和獨(dú)特的電子能帶結(jié)構(gòu)，而且還具有無(wú)毒、不含金屬組分和對(duì)可見(jiàn)光響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，它被廣泛地應(yīng)用于光催化過(guò)程，如光催化水裂解、選擇性光有機(jī)合成以及空氣或水中有機(jī)污染物的消除等方面。但是純相氮化碳的能隙約為2.7eV，只能利用460nm以下的太陽(yáng)光，且聚合產(chǎn)物為密實(shí)塊體顆粒，存在比表面積低、光生載流子分離能力較弱、光催化活性差等問(wèn)題，限制了材料的應(yīng)用范圍。目前，已有研究采用多孔和納米結(jié)構(gòu)構(gòu)造、半導(dǎo)體復(fù)合異質(zhì)結(jié)和元素?fù)诫s等方法改善氮化碳基材料的結(jié)構(gòu)形貌特性，從而提高其光催化性能。其中，半導(dǎo)體復(fù)合異質(zhì)結(jié)是一種切實(shí)可行地設(shè)計(jì)高量子效率氮化碳基光催化材料的重要方法。

現(xiàn)有半導(dǎo)體復(fù)合異質(zhì)結(jié)的方法主要集中在基于氮化碳的異型異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建，如Sb₂S₃/g-C₃N₄，TiO₂/g-C₃N₄，Ag₃PO₄/g-C₃N₄，BiOI/g-C₃N₄和CeO₂/g-C₃N₄等。雖然，基于氮化碳的異型異質(zhì)結(jié)能夠提高氮化碳的光催化效果，然而，外來(lái)物質(zhì)與氮化碳在理化性質(zhì)上往往存在明顯的差異，這可能會(huì)極大地影響所得異質(zhì)結(jié)的相容性，均勻性和穩(wěn)定性，也削弱了無(wú)金屬氮化碳的固有優(yōu)勢(shì)。因此，如何全面改善氮化碳光生電子-空穴對(duì)復(fù)合速率快、比表面積低、光吸收效率低、光催化活性差等問(wèn)題，對(duì)擴(kuò)大氮化碳材料的應(yīng)用范圍具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種對(duì)可見(jiàn)光吸收能力強(qiáng)、比表面積大、光生電荷分離速率快、光催化活性高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕的磷摻雜氮化碳/氮化碳同型異質(zhì)結(jié)光催化劑，還提供了一種制備工藝簡(jiǎn)單、易操控、原料易得、成本低、適于連續(xù)大規(guī)模批量生產(chǎn)的磷摻雜氮化碳/氮化碳同型異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法及該磷摻雜氮化碳/氮化碳同型異質(zhì)結(jié)光催化劑在降解抗生素廢水中的應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種磷摻雜氮化碳/氮化碳同型異質(zhì)結(jié)光催化劑，所述磷摻雜氮化碳/氮化碳同型異質(zhì)結(jié)光催化劑以氮化碳為載體，所述氮化碳上修飾有磷摻雜氮化碳。

上述的磷摻雜氮化碳/氮化碳同型異質(zhì)結(jié)光催化劑中，進(jìn)一步改進(jìn)的，所述磷摻雜氮化碳/氮化碳同型異質(zhì)結(jié)光催化劑中磷摻雜氮化碳與氮化碳的質(zhì)量比為15%～75%。