[發明專利]一種鐵摻雜類石墨相氮化碳/石墨烯多功能納米復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010192166.3
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111453804B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 楊艷玲;冀思揚;李星;周志偉;樊曉燕;于瑞
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/72;C02F101/30
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種鐵摻雜類石墨相氮化碳/石墨烯多功能納米復合材料的制備方法，屬于水處理領域。將尿素和六水合氯化鐵溶解于無水乙醇中，攪拌蒸發后得到初級復合物；在馬弗爐中進行一次煅燒，降溫研磨清洗；然后置于管式爐中，進行二次煅燒熱剝離，得到鐵摻雜類石墨相氮化碳納米復合物；將所得鐵摻雜類石墨相氮化碳納米復合物與經超聲分散的石墨烯乙醇溶液進行水熱反應，然后烘干研磨后得到鐵摻雜類石墨相氮化碳/石墨烯多功能納米復合材料。本發明還公開上述制備方法制備所得復合材料及其相關應用方法。本發明制得鐵摻雜類石墨相氮化碳/石墨烯多功能納米復合材料降低了光生電子?空穴復合率，提高光響應能力，具有顯著類芬頓氧化/可見光光催化氧化的協同降解作用。

技術領域

本發明屬于水處理領域，涉及一種鐵摻雜類石墨相氮化碳/石墨烯多功能納米復合材料的制備方法，制備出的鐵摻雜類石墨相氮化碳/石墨烯多功能納米復合材料具有吸附/類芬頓氧化/可見光催化氧化的協同功能，可以高效降解水中有機污染物。

背景技術

類石墨氮化碳是一種具有石墨結構的非金屬半導體高分子材料，可以通過尿素、雙氰胺、三聚氰胺等多種原料的熱聚合制得。類石墨氮化碳的禁帶寬度約為2.7eV，能夠對可見光發生響應，被廣泛應用在光分解水產氫、降解污染物等研究領域。類石墨氮化碳存在電子空穴復合率高、光譜響應范圍小、可見光吸收差、光催化效率低等問題，提高類石墨氮化碳光催化性能的方法主要分為結構調控、元素摻雜、半導體復合等方法。將過渡金屬Ag、Pb、Fe、Zn、Ni等摻雜到類石墨氮化碳結構中可以提高其光催化性能。研究發現Fe₂O₃、FeCl₃等與g-C₃N₄摻雜形成復合光催化劑，同時具有光催化氧化和類芬頓氧化雙重催化降解功能，可以改善類石墨氮化碳的光響應性、提高光催化效率、拓寬傳統芬頓反應的pH值適用范圍。

石墨烯是一種具有π-π共軛結構的聚合物，具有優異的導電性，廣泛應用于光催化半導體材料領域。石墨烯可以修飾半導體光催化劑、加快光生電子的轉移、減少電子-空穴對的復合、增大材料比表面積、增加污染物接觸位點、提高光催化降解效率。有研究表明類石墨氮化碳經石墨烯修飾后，在石墨烯/類石墨氮化碳的界面會形成很強的電子耦合。因此，類石墨氮化碳的電子傳導率和光學吸收得到加強，這有利于提高類石墨氮化碳的光催化活性。

本發明依據類石墨氮化碳與石墨烯各自的特點，采用材料摻雜與復合方式，通過制備過程與條件構建，制備出具有可見光響應催化功能的鐵摻雜類石墨相氮化碳/石墨烯多功能納米復合材料，具有更強的光催化活性、更大的比表面積、更高的電子遷移效率，可以促進電子分解H₂O₂形成·OH過程，提升類芬頓光催化協同降解污染物的效能。

發明內容

本發明為一種鐵摻雜類石墨相氮化碳/石墨烯多功能納米復合材料的制備方法，先采用兩級煅燒熱剝離法，將六水合氯化鐵和尿素同步煅燒，形成鐵摻雜類石墨相氮化碳/復合材料；然后通過水熱反應將鐵摻雜類石墨相氮化碳與石墨烯復合，制得鐵摻雜類石墨相氮化碳/石墨烯多功能納米復合材料。該材料具備較強的吸附性，并實現了類芬頓氧化、光催化氧化協同降解作用。

發明所采用的技術方案如下：

(1)取尿素和六水合氯化鐵溶解于無水乙醇中并充分攪拌，水浴蒸發后得到初級復合物；將初級復合物在馬弗爐中以一定溫度進行一次煅燒，自然冷卻至室溫后研磨至均勻粉末狀，再用乙醇清洗1-3次、水清洗1-3次，清洗后得到鐵摻雜類石墨相氮化碳復合物；將鐵摻雜類石墨相氮化碳復合物置于管式爐中，在氬氣氣氛下以一定溫度進行二次煅燒熱剝離處理，自然冷卻研磨后得到鐵摻雜類石墨相氮化碳納米復合物。

(2)取適量石墨烯和無水乙醇加入燒杯中，以400W功率的超聲波分散1-3h，制得石墨烯的乙醇懸浮液；將鐵摻雜類石墨相氮化碳納米復合物加入到石墨烯乙醇懸濁液中，在反應釜中一定溫度下進行水熱反應，然后進行離心分離與洗滌，在80～100℃下烘干，即可得到鐵摻雜類石墨相氮化碳/石墨烯多功能納米復合材料。