[發明專利]一種麥羥硅鈉石輔助合成的氮化碳納米片光催化劑及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202111585203.8
• 申請日: 2021-12-22
• 公開（公告）號: CN114308101A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 戈明亮;李新香
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;B01J37/34;B01J37/10;C02F1/30;B82Y30/00;B82Y40/00;C02F101/38;C02F101/36;C02F101/34;C02F101/30
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林奕聰

本發明涉及光催化材料和光催化降解有機污染物的技術領域，具體涉及一種麥羥硅鈉石輔助合成的氮化碳納米片光催化劑及其制備方法與應用。該方法首先通過麥羥硅鈉石作為模板輔助水熱法預處理含氮前驅體，再通過管式爐高溫煅燒，最后去除模板后得到氰基修飾的氮化碳納米片光催化劑。制得的氮化碳納米片光催化劑不僅具有高的比表面積，而且引入的氰基有助于抑制光生電子空穴對的重組，提高了光催化活性，并具有良好的循環穩定性，在60min內對羅丹明B溶液的消除率高達95％，循環五次光催化活性沒有明顯降低。

技術領域

本發明屬于光催化技術領域，具體涉及一種麥羥硅鈉石輔助合成的氮化碳納米片光催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

近年來，有機污染物對水環境的污染受到廣泛關注，傳統的水處理工藝，包括沉淀、過濾、吸附等難以徹底去除污染物，有些還會產生一些殘余廢物。隨著環境保護的需求和不可再生能源消耗的增長，使用光催化劑利用太陽能成為一個研究熱點，光催化降解技術反應條件溫和，具有低成本，綠色無污染的優點，可以有效地將污染物氧化為CO₂、H₂O和一些無機離子等，具有廣闊的應用前景。

氮化碳是由一種由三均三嗪結構的重復單元組成的非金屬半導體，是常見的可見光響應的半導體之一，帶隙為2.7eV，具有易于調節的能帶結構，良好的化學穩定性等優點，被廣泛應用于光催化產氫、光催化降解等領域。但傳統的熱解方法制備的氮化碳存在比表面積小，光生電子空穴對復合率高等問題，影響其光催化性能(Mao J,Peng T Y,Zhang XH,et al.Effect of graphitic carbon nitride microstructures on the activityand selectivity of photocatalytic CO₂reduction under visible light.[J].Catalysis ScienceTechnology,2013,3(5):1253.)。提高氮化碳光催化性能的主要方法是構造異質結，改良制備方法，引入表面官能團等。表面官能團的引入可以有效提高光催化效率，其中，氰基官能團可以有效抑制光生電子的重組，提高光催化性能，但一些模板制備的含有氰基官能團的氮化碳比表面積不高，減少其催化活性位點并影響其光催化性能(WuX H,Ma H Q,Zhong W,et al.Porous crystalline g-C₃N₄:Bifunctional NaHCO₃template-mediated synthesis and improved photocatalytic H₂-evolution rate.[J].Applied Catalysis B:Environmental,2020,271:118899.)。因此，開發具有高比表面積的表面改性的氮化碳對于提升氮化碳光催化性能十分必要。

發明內容

為了解決上述現有技術中的不足之處，本發明的主要目的是提供一種麥羥硅鈉石輔助合成的氮化碳納米片光催化劑及其制備方法與應用，用于解決現有光催化劑對有機污染物光催化降解效率低的問題。該方法首先將麥羥硅鈉石分散在水溶液中并超聲剝離，再與含氮前驅體均勻混合后進行水熱處理，然后通過管式爐煅燒，最后去除麥羥硅鈉石，得到具有高比表面積的麥羥硅鈉石輔助合成的氮化碳納米片光催化劑。制備得到的氮化碳納米片具有較大的比表面積并引入了氰基官能團，比表面積增大提供更多的活性位點，氰基則有助于加快電荷轉移和傳輸，可以有效提高光催化活性。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種麥羥硅鈉石輔助合成的氮化碳納米片光催化劑的制備方法，其制備步驟如下：

(1)將一定量的麥羥硅鈉石分散在水中，超聲剝離一定時間后，加入一定量的含氮前驅體，50～70℃下磁力攪拌6～12h，將混合分散液倒入反應釜，在一定溫度下反應一定時間后，待冷卻至室溫離心分離，通過去離子水和無水乙醇洗滌，放入真空干燥箱中在60～80℃下干燥6～12h，得到粉體A；