納米光催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料、光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種超細(xì)g-C3N4納米光催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自從g_C3N4被發(fā)現(xiàn)以來，這種石墨相結(jié)構(gòu)碳化材料因?yàn)橹苽浞椒ê唵?、原料易得、成本低廉而備受關(guān)注。已有的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，g_C3N4在有機(jī)污染物降解、光解水和光催化CO 2還原方面具有良好的效果，在可見光催化領(lǐng)域內(nèi)具有良好的應(yīng)用前景。
[0003]目前制備g_C3N4的主流方法為熱解有機(jī)物法，即通過有機(jī)物前驅(qū)體自身的縮聚過程制備g_C3N4，制備過程簡單，其前驅(qū)體有機(jī)物包括三聚氰胺(C3N6H3)、雙氰胺和尿素。采用熱解有機(jī)物法制備的g_C3N4粉體團(tuán)聚現(xiàn)象比較嚴(yán)重，縮聚過程中形成大的團(tuán)聚顆粒，從而嚴(yán)重影響到其比表面積和光催化活性。
[0004]為了獲得更細(xì)的g_C3N4納米結(jié)構(gòu)，研究人員進(jìn)行了大量的研究工作，包括機(jī)械研磨、液相超聲剝離以及酸性條件下的質(zhì)子化。Yi Xie等采用水分散液中的超聲震蕩近20h進(jìn)行g(shù)_C3N4的液相超聲剝離(Xiaodong Zhang, Xiao Xie, HuiWang, Jiajia Zhang, Bicai Pan,and Yi Xiej Enhanced Photoresponsive UltrathinGraphitic-Phase C3N4Nanosheets for B1imaging, Journal of the American ChemicalSociety, 2013，135，18-21)，獲得超細(xì)的g_C3N4納米結(jié)構(gòu)，其光催化性能明顯高于未經(jīng)超聲剝離的g_C3N4。但該法超聲時(shí)間長、產(chǎn)率低，只有很少一部分粉體能夠被剝離至超細(xì)的納米結(jié)構(gòu)。因此，高效獲得超細(xì)g_C3N4納米光催化劑仍然是目前研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種超細(xì)g_C3N4納米光催化劑及其制備方法，旨在提高產(chǎn)物的分散性，避免團(tuán)聚現(xiàn)象，從而提高產(chǎn)物的表面催化性能。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0007]本發(fā)明超細(xì)g_C3N4納米光催化劑，其特點(diǎn)在于:超細(xì)g-C 3N4納米光催化劑納米光催化劑呈現(xiàn)納米片結(jié)構(gòu)，高分散無團(tuán)聚現(xiàn)象，具有單分散性。
[0008]上述超細(xì)g_C3N4納米光催化劑的制備方法，其特點(diǎn)在于:是通過將原料經(jīng)高溫煅燒后，再經(jīng)液相剝離獲得，具體步驟包括:
[0009](I)對(duì)原料進(jìn)行高溫煅燒后，獲得g_C3N4粗粉；
[0010](2)將g_C3N4粗粉加入到濃硫酸溶液中，加熱攪拌至溶解，然后冷卻至室溫；
[0011](3)將溶有g(shù)_C3N4粗粉的濃硫酸溶液加入到稀釋溶劑中進(jìn)行稀釋，使g_C3N4析出，經(jīng)清洗、干燥后即獲得超細(xì)g_C3N4納米光催化劑。
[0012]優(yōu)選的，步驟(I)中所述原料為三聚氰胺、尿素和氰胺中的至少一種。
[0013]優(yōu)選的，步驟(I)所述高溫煅燒的煅燒溫度為500?600°C，時(shí)間為I?4h。
[0014]優(yōu)選的，步驟⑵所述加熱攪拌的溫度為80?100°C。
[0015]優(yōu)選的，步驟(3)所述稀釋溶劑為&0、乙醇和乙二醇中的至少一種，濃硫酸溶液與稀釋溶劑的體積比為1:1?1:10。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:
[0017]本發(fā)明超細(xì)g_C3N4納米光催化劑，相比較傳統(tǒng)方法制備的g-C 3N4，具有超薄的納米片結(jié)構(gòu)，高分散無團(tuán)聚現(xiàn)象，從而顯示出更高的比表面積和更高的表面催化活性。
[0018]本發(fā)明超細(xì)g_C3N4納米光催化劑的制備方法簡單高效、產(chǎn)率高。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1步驟⑴所獲得的g_C3N4粗粉(a)和步驟(3)所獲得的超細(xì)g_C3N4納米光催化劑(b)的SEM形貌的對(duì)比；
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1步驟⑴所獲得的g_C3N4粗粉(a)和步驟(3)所獲得的超細(xì)g_C3N4納米光催化劑(b)的X射線衍射譜對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，需要說明的是，僅僅是對(duì)本發(fā)明構(gòu)思所作的舉例和說明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的構(gòu)思或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)視為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]實(shí)施例1
[0023]本實(shí)施例超細(xì)g_C3N4納米光催化劑，其制備工藝為:
[0024](I)采用三聚氰胺為原料，550°C煅燒2h，獲得g_C3N4粗粉；
[0025](2)按照50mg/mL的濃度將步驟⑴獲得的g_C3N4粗粉加入濃硫酸溶液(98% )中，90°C加熱攪拌，攪拌過程中實(shí)現(xiàn)g_C3N4粗粉的完全溶解，溶解后冷卻至室溫。
[0026](3)將步驟⑵獲得的溶有g(shù)_C3N4粗粉的濃硫酸溶液按照1:1的體積比加入乙醇中進(jìn)行稀釋，實(shí)現(xiàn)g_C3N4的析出，經(jīng)清洗、干燥后獲得超細(xì)g-C 3N4納米光催化劑。
[0027]圖1分別為通過步驟⑴所獲得的g_C3N4粗粉(a)和步驟(3)所獲得的超細(xì)g_C3N4納米光催化劑(b)的SEM形貌的對(duì)比。從圖中可以看出，煅燒的粗粉團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，團(tuán)聚顆粒尺寸較大；經(jīng)過液相剝離的超細(xì)g_C3N4為高分散的納米片結(jié)構(gòu)，無明顯團(tuán)聚現(xiàn)象。
[0028]圖2分別為通過步驟⑴所獲得的g_C3N4粗粉(a)和步驟(3)所獲得的超細(xì)g_C3N4納米光催化劑(b)的X射線衍射圖譜的對(duì)比，二者圖譜基本相同，均為g_C3N4的標(biāo)準(zhǔn)衍射峰，表明液相剝離過程并沒有改變g_C3N4的晶體結(jié)構(gòu)。
[0029]將分別通過步驟⑴所獲得的g_C3N4粗粉和步驟(3)所獲得的超細(xì)g-C 3N4納米光催化劑的光催化降解甲基橙溶液的性能進(jìn)行對(duì)比。1mg超細(xì)g_C3N4納米光催化劑加入1mL濃度為20mg/mL的甲基橙溶液，可見光照射下2h甲基橙降解率為55%，明顯高于g_C3N4粗粉相同條件下的降解率(18% )。
[0030]實(shí)施例2
[0031 ] 本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1，不同的是步驟(3)中的體積比改為1:2。
[0032]本實(shí)施例所制備出的g_C3N4納米光催化劑具有超細(xì)納米結(jié)構(gòu)，經(jīng)測(cè)試，其對(duì)20mg/mL的甲基橙2h降解率為58 %。
[0033]實(shí)施例3
[0034]本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1，不同的是步驟(3)中的體積比改為1:5。
[0035]本實(shí)施例所制備出的g_C3N4納米光催化劑具有超細(xì)納米結(jié)構(gòu)，經(jīng)測(cè)試，其對(duì)20mg/mL的甲基橙2h降解率為60 %。
[0036]實(shí)施例4
[0037]本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1，不同的是步驟(3)中的體積比改為1:10。
[0038]本實(shí)施例所制備出的g_C3N4納米光催化劑具有超細(xì)納米結(jié)構(gòu)，經(jīng)測(cè)試，其對(duì)20mg/mL的甲基橙2h降解率為60 %。
[0039]實(shí)施例5
[0040]本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1，不同的是步驟(3)中的乙醇溶劑改為H20。
[0041]本實(shí)施例所制備出的g_C3N4納米光催化劑具有超細(xì)納米結(jié)構(gòu)，經(jīng)測(cè)試，其對(duì)20mg/mL的甲基橙2h降解率為52 %。
[0042]實(shí)施例6
[0043]本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例5，不同的是步驟(3)中的體積比改為1:5。
[0044]本實(shí)施例所制備出的g_C3N4納米光催化劑具有超細(xì)納米結(jié)構(gòu)，經(jīng)測(cè)試，其對(duì)20mg/mL的甲基橙2h降解率為56 %。
[0045]實(shí)施例7
[0046]本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例5，不同的是步驟(3)中的的體積比改為1:10。
[0047]本實(shí)施例所制備出的g_C3N4納米光催化劑具有超細(xì)納米結(jié)構(gòu)，經(jīng)測(cè)試，其對(duì)20mg/mL的甲基橙2h降解率為58 %。
[0048]實(shí)施例8
[0049]本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1，不同的是步驟(3)中的體積比改為1:5。
[0050]本實(shí)施例所制備出的g_C3N4納米光催化劑具有超細(xì)納米結(jié)構(gòu)，經(jīng)測(cè)試，其對(duì)20mg/mL的甲基橙2h降解率為56 %。
[0051]實(shí)施例9
[0052]本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例5，不同的是步驟⑴中的原料選用尿素。
[0053]本實(shí)施例所制備出的g_C3N4納米光催化劑具有超細(xì)納米結(jié)構(gòu)，經(jīng)測(cè)試，其對(duì)20mg/mL的甲基橙2h降解率為60 %。
[0054]實(shí)施例10
[0055]本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例5，不同的是步驟(I)中的原料選用氰胺。
[0056]本實(shí)施例所制備出的g_C3N4納米光催化劑具有超細(xì)納米結(jié)構(gòu)，經(jīng)測(cè)試，其對(duì)20mg/mL的甲基橙2h降解率為60 %。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超細(xì)g-C3N4納米光催化劑，其特征在于:所述超細(xì)g-c 3N4納米光催化劑呈納米片結(jié)構(gòu)，具有單分散性。2.一種超細(xì)g_C3N4納米光催化劑的制備方法，其特征在于:是通過將原料經(jīng)高溫煅燒后，再經(jīng)液相剝離獲得，具體步驟包括: (1)對(duì)原料進(jìn)行高溫煅燒后，獲得g_C3N4粗粉； (2)將g_C3N4粗粉加入到濃硫酸溶液中，加熱攪拌至溶解，然后冷卻至室溫； (3)將溶有g(shù)_C3N4粗粉的濃硫酸溶液加入到稀釋溶劑中進(jìn)行稀釋，使g_C3N4析出，經(jīng)清洗、干燥后即獲得超細(xì)g_C3N4納米光催化劑。3.如權(quán)利要求2所述的超細(xì)g-C3N4納米光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述原料為三聚氰胺、尿素和氰胺中的至少一種。4.如權(quán)利要求2所述的超細(xì)g-C3N4納米光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述高溫煅燒的煅燒溫度為500?600°C，時(shí)間為I?4h。5.如權(quán)利要求2所述的超細(xì)g-C3N4納米光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述加熱攪拌的溫度為80?100°C。6.如權(quán)利要求2所述的超細(xì)g-C3N4納米光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(3)所述稀釋溶劑為H20、乙醇和乙二醇中的至少一種，濃硫酸溶液與稀釋溶劑的體積比為1:1?1:10ο
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超細(xì)g-C3N4納米光催化劑及其制備方法，其特征在于：采用煅燒法和液相剝離相結(jié)合的兩步法制備超細(xì)g-C3N4納米光催化劑。本發(fā)明的超細(xì)g-C3N4納米光催化劑相比與傳統(tǒng)方法制備的g-C3N4，具有超薄的納米片結(jié)構(gòu)，高分散無團(tuán)聚現(xiàn)象，從而顯示出更高的比表面積和更高的表面催化活性。
【IPC分類】B01J27/24, C01B21/082, B01J35/10
【公開號(hào)】CN105195204
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510690094
【發(fā)明人】徐光青, 苗繼琳, 呂珺, 劉家琴, 吳玉程
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年10月19日