[發(fā)明專利]一種三維多孔氮化碳光催化材料及其制備方法與用途

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010084337.0
• 申請(qǐng)日: 2020-02-10
• 公開（公告）號(hào): CN111215117A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡新將;張麗莉;袁雪婷;李闖;崔靖燁;李江;譚小飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南林業(yè)科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/24
• 分類號(hào): B01J27/24;B01J35/00;B01J35/02;C02F1/30;C02F101/22
• 代理公司: 長(zhǎng)沙智德知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43207
• 代理人: 黃靜

本發(fā)明涉及一種三維多孔氮化碳光催化材料及其制備方法與用途。該光催化材料制備步驟是：將三聚氰胺溶于無(wú)水乙醇并攪拌均勻，去除部分溶劑，將混合物置于馬弗爐中煅燒得到層狀氮化碳材料；再向氮化碳材料中加入六亞甲基四胺，混合均勻后置于馬弗爐中，退火煅燒得到三維多孔氮化碳光催化材料。該材料能夠高效還原廢水中的六價(jià)鉻，其制備工藝簡(jiǎn)單，并且制備過程中所需原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉。本發(fā)明可解決片層氮化碳堆積、光生載流子復(fù)合率高等問題，可廣泛用于重金屬?gòu)U水的處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境功能材料和水處理新技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三維多孔氮化碳光催化材料及其制備方法與用途。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，重金屬被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、電子、金屬加工、油漆、木材防腐劑等工業(yè)生產(chǎn)過程。然而，因儲(chǔ)存及處置不當(dāng)，重金屬離子已成為水體中常見的污染物。而重金屬離子能夠在水體環(huán)境中長(zhǎng)期存在，難以降解，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境的安全和影響人類健康。重金屬污染水體的修復(fù)一直是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。其中，鉻是水中最常見的重金屬污染物之一。六價(jià)鉻具有毒性大、易遷移、生物可利用等特點(diǎn)，且對(duì)人體具有致癌和致突變作用。因此，急需尋找一種高效且經(jīng)濟(jì)的技術(shù)對(duì)六價(jià)鉻廢水進(jìn)行處理。目前對(duì)于水中鉻的處理方法主要是先將六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻，再進(jìn)行去除。六價(jià)鉻還原的常規(guī)方法包括電還原、化學(xué)藥劑還原、光催化還原等。其中，光催化技術(shù)被認(rèn)為是一種具有前途的六價(jià)鉻廢水處理技術(shù)，利用豐富的太陽(yáng)能資源來(lái)處理環(huán)境污染更是一種可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略手段。由于光催化技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、成本低、效率高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，能夠在環(huán)境修復(fù)和污染控制技術(shù)方面得以應(yīng)用。因此，研發(fā)一種高效、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的光催化劑，已成為進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用光催化技術(shù)的關(guān)鍵性問題。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作為一種無(wú)毒、非金屬、原料豐富、易獲得的可見光響應(yīng)型光催化材料，在降解污染物、光解水產(chǎn)氫等方面得到了廣泛研究和應(yīng)用。但是g-C₃N₄禁帶寬度為2.7eV左右，較大的禁帶寬度導(dǎo)致其對(duì)太陽(yáng)光的利用率低。同時(shí)，g-C₃N₄的光生電子-空穴對(duì)在內(nèi)部遷移的過程中極易復(fù)合，導(dǎo)致光催化反應(yīng)的量子效率低，影響了反應(yīng)的進(jìn)行。此外，層狀堆疊的結(jié)構(gòu)使得單層g-C₃N₄比表面積小，減少了催化劑與反應(yīng)物質(zhì)的接觸面積，使得參與反應(yīng)的活性位點(diǎn)減少，降低光催化反應(yīng)效率。因此，構(gòu)建三維多孔結(jié)構(gòu)的g-C₃N₄，能夠提高比表面積，暴露更多的活性位點(diǎn)，提供更多的反應(yīng)位點(diǎn)，從而可以有效地提高光催化效率。另外，三維結(jié)構(gòu)可以使光在催化劑中發(fā)生多次反射，提高光的吸收。三維結(jié)構(gòu)還能有效地錨固催化劑，防止催化劑團(tuán)聚，避免流失，提高催化劑的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)現(xiàn)有光催化劑存在易團(tuán)聚和催化效率不高的技術(shù)問題，開發(fā)一種成本低廉，催化效率更高效的可用于光催化處理重金屬?gòu)U水的三維材料。

本發(fā)明提出一種具有三維結(jié)構(gòu)氮化碳的光催化材料的制備方法，從而提高光催化反應(yīng)的性能。具體制備步驟如下：

(1)稱取10～50g三聚氰胺溶于100～1000mL無(wú)水乙醇，于25～65℃油浴鍋中充分?jǐn)嚢?0～300min；然后去除混合液中的液體，使其均勻分散在坩堝中，蓋上蓋子置于馬弗爐中，在300～500℃下煅燒2～4小時(shí)，然后升溫至500～600℃保持2～4小時(shí)。待冷卻后從坩堝中取出塊狀固體研磨成細(xì)粉末狀，再次放入坩堝中，不加蓋子置于馬弗爐中煅燒2～5小時(shí)，得到g-C₃N₄材料；

(2)將步驟(1)中得到的g-C₃N₄材料，每1g混入0.05～0.5g的六亞甲基四胺，使其混合均勻，置于馬弗爐于300～700℃下退火1～4小時(shí)，得到三維g-C₃N₄光催化材料。