一種具有可見光響應(yīng)的多孔氮化碳/氧化銅納米棒復(fù)合材料的合成方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料制備方法及光催化應(yīng)用，尤其涉及氮化碳/氧化銅復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用，屬于復(fù)合材料制備技術(shù)及光催化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的高速發(fā)展，廢棄污水的排放給人們生活的環(huán)境帶來(lái)了前所未有的危機(jī)。特別是印染行業(yè)中排放的大量有機(jī)染料污染物，對(duì)人們自身和環(huán)境中各種生物的生存產(chǎn)生了極大的威脅。因此，研宄高效，廉價(jià)，重復(fù)性好的光催化劑來(lái)降解水中有機(jī)染料技以減少工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境有害的廢棄物的排放，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
[0003]染料在諸多工業(yè)如紡織、印染、造紙、制革等領(lǐng)域廣泛使用，而染料廢水是重要的工業(yè)污染源之一。染料復(fù)雜的芳香基團(tuán)和穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使其具有高毒性、難以進(jìn)行生物降解等特點(diǎn)。染料污染物的無(wú)害化處理一直是工業(yè)廢水的處理難點(diǎn)之一?，F(xiàn)階段的光催化降解材料主要以二氧化鈦、氧化鋅等金屬氧化物材料為主，這些氧化物材料的吸收光譜主要在紫外光區(qū)，對(duì)可見光區(qū)的吸收通常很小。由于紫外光僅占進(jìn)入大氣層的太陽(yáng)光能量的5%左右，而可見光占太陽(yáng)能的45%以上，這些傳統(tǒng)的金屬氧化物材料未能對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行有效利用，因此亟需尋找新型的光催化材料。開發(fā)新型的光催化材料已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)際材料領(lǐng)域重大前沿科學(xué)探索之一。此項(xiàng)目對(duì)研宄新型光催化材料具有重要意義。
[0004]氮化碳/金屬氧化物復(fù)合材料是一種通過(guò)超分子作用以及金屬離子與氮化碳配位作用形成的新型材料。它的前驅(qū)體聚合物半導(dǎo)體石墨相氮化碳由于優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性和獨(dú)特的電子能帶結(jié)構(gòu)，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)使其廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能的光催化轉(zhuǎn)化，如光解水制氫，降解染料，處理污水等。聚合物半導(dǎo)體石墨相氮化碳的環(huán)狀結(jié)構(gòu)和極高的縮合度使其擁有許多優(yōu)點(diǎn)，例如極好的物理化學(xué)穩(wěn)定性，吸引人的中等電子能帶(2.7 eV)結(jié)構(gòu)。這些獨(dú)一無(wú)二的特性使其成為利用太陽(yáng)光進(jìn)行可見光催化的極有前途的催化劑。除此之外，氮化碳容易制備，可由價(jià)廉的材料如氰胺，尿素，三聚氰胺，雙氰胺等一步聚合而成。然而，氮化碳具有光生電子-空穴對(duì)復(fù)合率高、量子產(chǎn)率低、比表面積小以及光利用率不高等缺點(diǎn)。為解決這個(gè)問題，需要對(duì)氮化碳進(jìn)行改性。截至目前，還未見到利用超分子作用和配位作用，運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)法和熱處理法制備多孔氮化碳/氧化銅納米復(fù)合材料的相關(guān)工藝技術(shù)出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決現(xiàn)有氮化碳比表面積低而導(dǎo)致光催化活性不夠高的問題，提供了一種具有可見光響應(yīng)的多孔氮化碳/氧化銅納米棒復(fù)合材料的光催化劑的合成方法及應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明的一種具有可見光響應(yīng)的多孔氮化碳/氧化銅納米棒復(fù)合材料的合成方法按以下步驟進(jìn)行:
I)將三聚氰胺和醋酸銅粉末放入圓底燒瓶中，加入甲醇作為溶劑。將圓底燒瓶放于恒溫磁力攪拌器中，反應(yīng)時(shí)間為lh-3h，將產(chǎn)物過(guò)濾干燥。
[0007]2)將步驟I)制備的復(fù)合材料裝入瓷舟中，放入管式爐，在氬氣氣氛中按1°C /min-4°C /min的升溫速率由室溫升溫至500 °C -600 °C并恒溫lh_3h。然后在氬氣氣氛中冷卻至室溫后得到納米多孔氮化碳/氧化銅復(fù)合材料。
[0008]所述的步驟I)中反應(yīng)時(shí)間為lh-3h。
[0009]所述的步驟I)中恒溫磁力攪拌器的溫度為75°C -80°C。
[0010]所述的步驟2)中在氬氣氣氛下按管式爐升溫速率為1°C /min-4°C /min。
[0011]所述的步驟2)中將管式爐的溫度由室溫升至500°C _600°C。
[0012]所述的步驟2)中溫度在550°C _600°C下恒溫lh_3h。
[0013]所述的步驟2)中氬氣流速為50-60 cc/min。
[0014]根據(jù)以上方法制備的一種具有可見光響應(yīng)的多孔氮化碳/氧化銅納米棒復(fù)合材料應(yīng)用于光催化降解染料污染物領(lǐng)域。
[0015]本發(fā)明具有以下有益效果:
首次由三聚氰胺與醋酸銅制備得到具有可見光響應(yīng)的納米多孔復(fù)合材料，本發(fā)明通過(guò)制備多孔結(jié)構(gòu)，有效提高材料的比表面積，降低光生電子-空穴復(fù)合率，從而提高了其在可見光區(qū)的催化活性，本發(fā)明使用價(jià)格低廉的原料，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)法和熱處理法制備多孔氮化碳/氧化銅納米棒復(fù)合材料，過(guò)程簡(jiǎn)單，合成方便，原料低價(jià)，所制得的復(fù)合材料比表面積比氮化碳的比表面積增加了 2倍左右，從而有效提高了光催化效率。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為試驗(yàn)二得到的SEM圖。
[0017]圖2為試驗(yàn)三得到的TEM圖。
[0018]圖3為試驗(yàn)四得到的XRD圖。
[0019]圖4為試驗(yàn)五得到的光降解活性圖。
[0020]圖5為試驗(yàn)六得到的催化劑循環(huán)使用圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022]實(shí)施例1氮化碳/氧化銅復(fù)合材料的制備:
將2.5g三聚氰胺和4g醋酸銅粉末放入圓底燒瓶中，同時(shí)以200ml甲醇為溶劑。將圓底燒瓶放于恒溫磁力攪拌器中，反應(yīng)3h，過(guò)濾得到先驅(qū)體，將制備的材料裝入瓷舟中，放入管式爐中在氬氣氣氛中按1°C /min的升溫速率由室溫升溫至500°C并恒溫2h，氬氣流速為60cc/min。冷卻至室溫后得到納米多孔氮化碳/氧化銅復(fù)合材料。
[0023]實(shí)施例2氮化碳/氧化銅復(fù)合材料的制備:
將2.5g三聚氰胺和4g醋酸銅粉末放入圓底燒瓶中，同時(shí)以200ml甲醇為溶劑。將圓底燒瓶放于恒溫磁力攪拌器中，反應(yīng)2h，過(guò)濾得到先驅(qū)體，將制備的材料裝入瓷舟中，放入管式爐中在氬氣氣氛中按3°C /min的升溫速率由室溫升溫至550°C并恒溫2h，氬氣流速為50cc/min。冷卻至室溫后得到納米多孔氮化碳/氧化銅復(fù)合材料。
[0024]實(shí)施例3氮化碳/氧化銅復(fù)合材料的制備:
將2.5g三聚氰胺和4g醋酸銅粉末放入圓底燒瓶中，同時(shí)以200ml甲醇為溶劑。將圓底燒瓶放于恒溫磁力攪拌器中，反應(yīng)3h，過(guò)濾得到先驅(qū)體，將制備的