復(fù)合可見(jiàn)光催化劑及其制備方法與應(yīng)用
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種g-C3N4/ {001} T i O2復(fù)合可見(jiàn)光催化劑及其制備方法與應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種g-c3N4/{001}T12復(fù)合可見(jiàn)光催化劑及其制備方法與應(yīng)用。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]光催化去除有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物是一種很有前景的新的環(huán)境修復(fù)技術(shù)。納米1102由于其廉價(jià)易得、性能穩(wěn)定、氧化還原能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，至今仍然是最好的光催化劑之一。諸多理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，在一般情況下，熱力學(xué)不穩(wěn)定的銳鈦礦{001}Ti02較常規(guī){101}Ti02光催化活性更高。但是其較窄的光譜響應(yīng)范圍和較高的載流子復(fù)合概率大大限制了其應(yīng)用。目前較多使用摻雜的方法對(duì){001}T12進(jìn)行改性。但是因?yàn)閧001}T12的結(jié)晶度高，用溫和的后處理方法較難使摻雜原子進(jìn)入晶格，而若在{001}Ti02成晶的過(guò)程中加入摻雜劑又不可避免的對(duì)T12 {001}面的生成產(chǎn)生不良影響，甚至導(dǎo)致無(wú)法得到{001}Ti02。本發(fā)明選擇原料廉價(jià)易得的g-c3N4與{001}T12進(jìn)行半導(dǎo)體復(fù)合，以期拓寬{001}Ti02的光譜響應(yīng)范圍，提高其量子效率，從而提高其光催化去除污染物的性能。
[0004]目前g-C3N4只能通過(guò)煅燒的方式獲得，故一般與其它物質(zhì)復(fù)合時(shí)，都是先將g-C3N4制備好，再與其它半導(dǎo)體進(jìn)行復(fù)合。但是{001}1102也有其自身的特殊性，由于在{001}T12成晶過(guò)程加入其它物質(zhì)可能導(dǎo)致其{001}面無(wú)法形成，故一般與其它半導(dǎo)體復(fù)合時(shí)，也是先將{001} T1jIj備好。故若遵循一般制備方式，則只能將g-c 3N4和{001} T12都制備好然后通過(guò)后處理的方式使二者結(jié)合，但這種方式制備的g-C3N4/{001}T12復(fù)合光催化劑中兩相的結(jié)合必然不會(huì)如原位制備那般緊密，這不利于界面電荷的轉(zhuǎn)移效率和催化活性的大幅度提高。另外，{001}1102表面由于制備而殘留的F離子一般不利于光催化反應(yīng)的進(jìn)行，需要去除，但是額外的去除F離子流程必然會(huì)增加成本和能耗。本發(fā)明將g-C 3N4的前驅(qū)物與{001} 1102直接混合，通過(guò)簡(jiǎn)單的熱處理使g-c3N4原位生長(zhǎng)于{001}T12表面，得到兩相結(jié)合緊密的復(fù)合催化劑，并且將去除{001}Ti02表面F離子過(guò)程和g-c 3N4生成過(guò)程結(jié)合為一個(gè)過(guò)程，不僅降低了成本與能耗而且還有利于{001}Ti02高活性{001}面的保留。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種g-C3N4/{001} T12復(fù)合可見(jiàn)光催化劑及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明采用原位制備技術(shù)，通過(guò)直接煅燒{001}1102和不同的g-C3N4前驅(qū)體來(lái)制備g-C3N4/{001}T12復(fù)合可見(jiàn)光催化劑。所制得的復(fù)合光催化劑具有高效的可見(jiàn)光催化活性和良好的穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
一種g-C3N4/ {001} T12復(fù)合可見(jiàn)光催化劑，所述復(fù)合光催化劑主要是由g-c3N4和{001}打02組成的二元光催化劑，由于這種特殊的原位制備手段使得g-C3N4從{001} T12表面直接生長(zhǎng)出來(lái)，因而復(fù)合催化劑中兩種物質(zhì)間的接觸更為緊密，復(fù)合催化劑中g(shù)_C3N4的質(zhì)量比為I?40 wt%0
[0007]—種g-C3N4/{001}T12復(fù)合可見(jiàn)光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
(1)制備{001}T12粉末:將2~6 mL HF溶液加入到15?30 mL鈦酸四丁酯(TBOT)中，攪拌使之混合均勻，接著進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，將固體沉淀物用乙醇和去離子水洗滌3~5遍，然后將所得固體于烘箱中80~100°C烘干，最后將其研磨成細(xì)粉，即得{001} T12粉末;
(2)g-C3N4/{001}Ti02復(fù)合光催化劑的制備:將步驟(I)中所述的{001}Ti02粉末與g_C3N4的前驅(qū)物混合，隨后將混合物移入半封閉的坩禍中，置于馬弗爐中于空氣氣氛下煅燒，使g_C3N4原位生長(zhǎng)于{001} T1 2表面，得到兩相結(jié)合緊密的g-C 3N4/ {001} 1102復(fù)合光催化劑。
[0008]上述方法中，步驟(I)所述攪拌的溫度為20?35 V，攪拌的時(shí)間為20?40 min,水熱反應(yīng)的溫度為160~220°C，水熱反應(yīng)的時(shí)間為18~26 h。
[0009]上述方法中，步驟(2)所述g_C3N4前驅(qū)物為尿素、三聚氰胺、硫脲或二氰二胺中的一種以上。
[0010]上述方法中，步驟(2 )所述煅燒的溫度為400?650 °C，煅燒的時(shí)間為1.5?3 h，升溫速率為5?15 0C /min。
[0011]上述方法中，步驟(2)所述8-(^4/{001}1102復(fù)合光催化劑中g(shù)-C3N4的質(zhì)量含量為 I wt%-40 wt%0
[0012]一種g-C3N4/ {001} 1102復(fù)合可見(jiàn)光催化劑應(yīng)用于氣相污染物的去除；所述g_C 3N4/{001}1102復(fù)合可見(jiàn)光催化劑應(yīng)用于無(wú)機(jī)和有機(jī)氣相污染物的去除。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)中的g_C3N4基復(fù)合光催化劑的制備方法(在制備好的g-C 3N4上附著其它半導(dǎo)體)存在本質(zhì)上的區(qū)別，本發(fā)明采用將{001}Ti02和不同g-c 3N4的前驅(qū)物混合熱處理的方法，使g-C3N4原位生長(zhǎng)于{001} T12表面，制備得到了 g-c 3N4/{001} T12復(fù)合光催化劑。這種原位制得的復(fù)合光催化劑中組分間的接觸很緊密，從而更有利于界面間的電荷轉(zhuǎn)移，抑制了光生載流子的復(fù)合，改善了光催化活性。
[0014]本發(fā)明復(fù)合光催化劑是催化劑中的氮化碳為石墨相氮化碳，而{001}Ti02也可被替換為{105}Ti02、單斜晶相的T12(B)或常規(guī){101}Ti02等中的一種。本發(fā)明所制復(fù)合催化劑的組分間接觸緊密，更有利于光生電子-空穴對(duì)的分離，因而獲得更高的光催化效率。該復(fù)合催化劑在紫外光或可見(jiàn)光照射下，對(duì)氣相污染物具有良好的去除效率。本發(fā)明所制備的復(fù)合催化劑能夠廣泛應(yīng)用在大氣凈化、廢水治理等方面，并且該制備工藝極其簡(jiǎn)單，所用原料廉價(jià)易得，具有很大的實(shí)際應(yīng)用潛力。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢(shì):
本發(fā)明的制備方法具有工藝簡(jiǎn)單、原料廉價(jià)、節(jié)省能耗的特點(diǎn)，只需將g_C3N4的前驅(qū)物與{001} 1102直接混合，通過(guò)簡(jiǎn)單的熱處理即生成復(fù)合材料，無(wú)需溶劑，并且將去除{001}T12表面F離子過(guò)程和g-c 3N4生成過(guò)程結(jié)合為一個(gè)過(guò)程，不僅降低了成本與能耗而且還有利于{001}Ti02高活性{001}面的保留。所制備的復(fù)合催化劑在紫外光下(1.6 mw/cm2)和可見(jiàn)光下(0.7 mw/cm2)表現(xiàn)出良好的光催化活性，該催化劑能夠廣泛應(yīng)用在氣相污染物治理、廢水處理等方面。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1 是本發(fā)明純 g_C3N4、純{001} T1jP g_C 3N4/{001} 1102復(fù)合光催化劑的 FT-1R圖；
圖2是本發(fā)明8-(^4/{001}1102復(fù)合光催化劑的SEM圖；
圖3是本發(fā)明8-(^