納米復(fù)合材料的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種Au/g-C3N4納米復(fù)合材料的應(yīng)用，屬于納米材料應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展在為人們提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量含有難降解有機(jī)污染物的工業(yè)廢水。硝基苯酸(Nitrophenol)是工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的一種有機(jī)物質(zhì)，環(huán)境中所含的硝基苯酚通常主要來自有機(jī)合成、制造染料以及生產(chǎn)炸藥等行業(yè)。目前，在空氣、水和土壤中都發(fā)現(xiàn)有少量的硝基苯酚類物質(zhì)。這類物質(zhì)在自然界中存在時(shí)間長，容易在生物體內(nèi)富集滯留，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致人類和動(dòng)物畸變、血液疾病、肝腎損傷、雌性化以及癌變，對(duì)人類的生命和生活帶來了嚴(yán)重威脅。相反，它的還原產(chǎn)物氨基苯酚(aminophenol)卻是染料、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域的重要中間體。因此，關(guān)于這項(xiàng)“變廢為寶”的研究在世界上引起了廣泛關(guān)注。
[0003]石墨相氮化碳(g_C3N4)作為類石墨烯材料的典型代表，帶隙為2.7eV，可以吸收可見光，其層與層之間以范德華力相連，具有較好的化學(xué)與熱力學(xué)穩(wěn)定性，此外還具有無毒、來源豐富、價(jià)格低廉，制備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。氮化碳是分散和穩(wěn)定納米顆粒的優(yōu)良載體，基于氮化碳的復(fù)合材料已展現(xiàn)許多優(yōu)良的特性，在催化、儲(chǔ)能、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域中的應(yīng)用前景寬廣，在提高半導(dǎo)體光催化劑活性方面，已顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。Cheng N等人采用光致還原法制備Au和g_C3N4的復(fù)合物，在光催化降解甲基橙方面具有較高的性能[Cheng N, TianJj Liu Q，et al.Au-nanoparticle-loaded graphitic carbon nitride nanosheets: greenphotocatalytic synthesis and applicat1n toward the degradat1n of organicpollutants [J].ACS applied materials&interfaces, 2013，5(15):6815-6819.]0 ChenL等人制備出Au與g_C3N4的復(fù)合物用于電致化學(xué)發(fā)光的免疫傳感器，對(duì)檢測(cè)癌胚抗原具有更敏感的響應(yīng)[Chen L, Zeng X, Si P, et al.Gold nanopart i c I e-graph i t e~l i keC3N4nanosheet nanohybrids used for electrochemiluminescent immunosensor[J].Analytical chemistry, 2014, 86(9):4188-4195.]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種Au/g_C3N4納米復(fù)合材料的新應(yīng)用。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種Au/g_C3N4納米復(fù)合物的應(yīng)用，將其作為硝基酚催化還原反應(yīng)的催化劑。
[0006]其中，所述Au/g_C3N4納米復(fù)合物中金納米顆粒的粒徑為3-5nm，Au/g-C 3N4納米復(fù)合物中Au的用量為硝基酚用量的1% -8%。
[0007]所述的Au/g_C3N4納米復(fù)合物通過以下步驟制備:
[0008]第一步:將碳化氮在超純水中進(jìn)行超聲分散60-120min，得到碳化氮分散液；
[0009]第二步，將氯金酸溶液滴入超純水中攪拌10-30min，再滴入硼氫化鈉溶液攪拌30_60min ；
[0010]第三步，將第二步制得的納米金溶液逐滴加入第一步分散液中攪拌120-180min ;
[0011]第四步，將第三步所得反應(yīng)體系冷凍干燥，制得Au/g_C3N4復(fù)合材料。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于:開拓Aug-C3N4納米復(fù)合材料的新應(yīng)用，該納米復(fù)合材料作為有機(jī)催化的催化劑，在對(duì)各種硝基酚的催化還原方面具有優(yōu)異的催化還原性能。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)例5所制備的Au/g_C3N4復(fù)合物的透射電鏡。
[0014]圖2是本發(fā)明實(shí)例I所制備的Au/g_C3N4復(fù)合物的XRD衍射譜圖。
[0015]圖3是實(shí)例1-6所制備的Au/g_C3N4復(fù)合物的傅里葉紅外譜圖。
[0016]圖4是本發(fā)明實(shí)例1-6所制備的Au/g_C3N4復(fù)合物催化還原對(duì)硝基酚的還原率。
[0017]圖5是本發(fā)明實(shí)例5所制備的Au/g_C3N4復(fù)合物催化還原各對(duì)硝基酚的還原率。
[0018]圖6是本發(fā)明Au/g_C3N4納米復(fù)合材料作為有機(jī)催化的催化劑的機(jī)理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明制備出的Au/g_C3N4納米復(fù)合材料作為有機(jī)催化的催化劑具有優(yōu)異的催化性能，這主要?dú)w因于小粒徑、高分散的金納米粒子以及其顯著的表面等離子體共振效以及銀納米粒子和氮化碳間顯著的協(xié)同效應(yīng)，從而提高其催化活性。機(jī)理如圖6所示。
[0020]本發(fā)明Au/g_C3N4納米復(fù)合材料的制備步驟及降解過程如下:
[0021]第一步:將碳化氮在超純水中進(jìn)行超聲分散60-120min，得到碳化氮分散液；
[0022]第二步，將氯金酸溶液滴入超純水中攪拌10_30min，再滴入硼氫化鈉溶液攪拌30_60min ；
[0023]第三步，將第二步制得的納米金溶液逐滴加入第一步分散液中攪拌120-180min ;
[0024]第四步，將第三步所得反應(yīng)體系冷凍干燥，制得Au/g_C3N4復(fù)合材料。
[0025]第五步，稱取Img Au/g_C3N4于催化管中，加入5OmL的硝基酸溶液，再加入20-150 μ L NaBH4S液，攪拌反應(yīng)。
[0026]實(shí)施實(shí)例1:
[0027]第一步:將10mg碳化氮在超純水中進(jìn)行超聲分散120min，得到碳化氮分散液；
[0028]第二步，將含金量為Img氯金酸溶液滴入超純水中攪拌lOmin，再滴入20 μ L硼氫化鈉溶液(0.3mg/ μ L)，攪拌30min ;
[0029]第三步，將第二步制得的納米金溶液逐滴加入第一步分散液中攪拌120min ;
[0030]第四步，將第三步所得反應(yīng)體系冷凍干燥，制得Au/g-C3N4_2納米復(fù)合材料。
[0031]第五步，稱取Img Au/g-C3N4-l于催化管中，加入50mL的硝基酚溶液，再加入20 yLNaBH4溶液，攪拌反應(yīng)。
[0032]結(jié)果如圖4，1min后，Au/g_C3N4_l納米復(fù)合物催化還原硝基酚溶液的還原率為26.
[0033]實(shí)施實(shí)例2:
[0034]第一步:將50mg碳化氮在超純水中進(jìn)行超聲分散60min，得到碳化氮分散液；
[0035]第二步，將含金量為2mg氯金酸溶液滴入超純水中攪拌15min，再滴入40 μ L硼氫化鈉溶液(0.3mg/ μ L)，攪拌30min ;
[0036]第三步，將第二步制得的納米金溶液逐滴加入第一步分散液中攪拌120min ;
[0037]第四步，將第三步所得反應(yīng)體系冷凍干燥，制得Au/g-C3N4_2納米復(fù)合材料。
[0038]第五步，稱取Img Au/g-C3N4_2于催化管中，加入50mL的硝基酸溶液，再加入40 μ LNaBH4溶液，攪拌反應(yīng)。
[0039]結(jié)果如圖4，1min后，Au/g_C3N4_2納米復(fù)合物催化還原硝基酚溶液的還原率為72.
[0040]實(shí)施實(shí)例3:
[0041]第一步:將10mg碳化氮在超純水中進(jìn)行超聲分散120min，得到碳化氮分散液；
[0042]第二步，將含金量為3mg氯金酸溶液滴入超純水中攪拌20min，再滴入60 μ L硼氫化鈉溶液(0.3mg/ μ L)，攪拌40min ；
[0043]第三步，將第二步制得的納米金溶液逐滴加入第一步分散液中攪拌180min ;
[0044]第四步，將第三步所得反應(yīng)體系冷凍干燥，制得Au/g-C3N4_3納米復(fù)合材料。
[0045]第五步，稱取Img Au/g_C3N4_3于催化管中，加入50mL的硝基酸溶液，再加入50 μ LNaBH4溶液，攪拌反應(yīng)。
[0046]結(jié)果如圖4，1min后，Au/g_C3N4_3納米復(fù)合物催化還原硝基酚溶液的還原率為90.1% ο
[0047]實(shí)施實(shí)例4:
[0048]第一步:將50mg碳化氮在超純水中進(jìn)行超聲分散60min，得到碳化氮分散液；
[0049]第二步，將含金量為2mg氯金酸溶液滴入超純水中攪拌20min，再滴入40 μ L硼氫化鈉溶液(0.3mg/ μ L)，攪拌40min ；
[0050]第三步，將第二步制得的納米金溶液逐滴加入第一步分散液中攪拌180min ;
[0051]第四步，將第三步所得反應(yīng)體系冷凍干燥，制得Au/g-C3N4_4納米復(fù)合材料。
[0052]第五步，稱取Img Au/g_C3N4_4于催化管中，加入50mL的硝基酸溶液，再加入75 μ LNaBH4溶液，攪拌反應(yīng)。
[0053]結(jié)果如圖4，1min后，Au/g_C3N4_4納米復(fù)合物催化還原硝基酚溶液的還原率為92.
[0054]實(shí)施實(shí)例5:
[0055]第一步:將50mg碳化氮在超純水中進(jìn)行超聲分散60min，得到碳化氮分散液；
[0056]第二步，將含金量為3mg氯金酸溶液滴入超純水中攪拌20min，再滴入60 μ L硼氫化鈉溶液(0.3mg/ μ L)，攪拌60min ；
[0057]第三步，將第二步制得的納米金溶液逐滴加入第一步分散液中攪拌180min ;
[0058]第四步，將第三步所得反應(yīng)體系冷凍干燥，制得Au/g-C3N4_6納米復(fù)合材料。
[0059]第五步，稱取Img Au/g_C3N4_6于催化管中，加入5OmL的硝基酸溶液，再加入150 μ L NaBH4溶液，攪拌反應(yīng)。
[0060]經(jīng)透射電鏡、XRD衍射、紅外表征，成功制備出Au/g_C3N4納米復(fù)合材料。如圖1，2，
3所示。
[0061]結(jié)果如圖5，反應(yīng)6min后，Au/g-C3N4-6納米復(fù)合材料催化還原鄰硝基酸(o-NP)、間硝基酚(m-NP)、對(duì)硝基酚(P-NP)、2，4- 二硝基酚苯酚(2，4-NP)及2，4，6-三硝基甲苯酚(2，4，6-NP)的還原率分別為93.2%、97.6%、89.2%、60.1 %和39.6%,具有明顯優(yōu)異的催化還原效果。
[0062]實(shí)施實(shí)例6:
[0063]第一步:將50mg碳化氮在超純水中進(jìn)行超聲分散60min，得到碳化氮分散液；
[0064]第二步，將含金量為4mg氯金酸溶液滴入超純水中攪拌30min，再滴入80 μ L硼氫化鈉溶液(0.3mg/ μ L)，攪拌60min ；
[0065]第三步，將第二步制得的納米金溶液逐滴加入第一步分散液中攪拌180min ;
[0066]第四步，將第三步所得反應(yīng)體系冷凍干燥，制得Au/g-C3N4_8納米復(fù)合材料。
[0067]第五步，稱取Img Au/g_C3N4_8于催化管中，加入5OmL的硝基酸溶液，再加入150 μ L NaBH4溶液，攪拌反應(yīng)。
[0068]結(jié)果如圖4，1min后，Au/g_C3N4_8納米復(fù)合物催化還原硝基酚溶液的還原率為97.
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Au/g-c 3N4納米復(fù)合物的應(yīng)用，其特征在于，將所述復(fù)合物作為硝基酚催化還原反應(yīng)的催化劑。2.如權(quán)利要求1所述的Au/g-C3N4納米復(fù)合物的應(yīng)用，其特征在于，所述Au/g-C 3N4納米復(fù)合物中金納米顆粒的粒徑為3-5nm，Au/g-C3N4納米復(fù)合物中Au的用量為硝基酸用量的1% -8%。3.如權(quán)利要求1所述的Au/g-C3N4納米復(fù)合物的應(yīng)用，其特征在于，Au/g-C 3N4納米復(fù)合物通過以下步驟制備: 第一步:將碳化氮在超純水中進(jìn)行超聲分散60-120min，得到碳化氮分散液； 第二步，將氯金酸溶液滴入超純水中攪拌1 - 3 Om i η，再滴入硼氫化鈉溶液攪拌30_60min ； 第三步，將第二步制得的納米金溶液逐滴加入第一步分散液中攪拌120-180min ; 第四步，將第三步所得反應(yīng)體系冷凍干燥，制得Au/g-C3N4復(fù)合材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Au/g-C3N4納米復(fù)合材料的應(yīng)用。本發(fā)明所述的Au/g-C3N4納米復(fù)合材料作為有機(jī)催化的催化劑，在對(duì)各種硝基酚的催化還原方面具有優(yōu)異的性能，當(dāng)Au與g-C3N4的含量比為6:100時(shí)，反應(yīng)6min后，Au/g-C3N4-6納米復(fù)合材料催化還原鄰硝基酚(o-NP)、間硝基酚(m-NP)、對(duì)硝基酚(p-NP)、2,4-二硝基酚苯酚(2,4-NP)及2,4,6-三硝基甲苯酚(2,4,6-NP)的還原率分別為93.2％、97.6％、89.2％、60.1％和39.6％，具有明顯優(yōu)異的催化還原效果。
【IPC分類】C02F101/38, C02F101/34, B01J27/24, C02F1/70
【公開號(hào)】CN105110447
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510587193
【發(fā)明人】付永勝, 黃婷, 汪信, 朱俊武, 趙先敏, 王佳瑜, 潘書剛
【申請(qǐng)人】南京理工大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年9月15日