光催化材料的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種介孔光催化材料的制備方法及其應(yīng)用，特別涉及一種鉀摻雜介孔g-C3N4光催化劑的制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]我國目前每年需要排放大量的工業(yè)廢水(如石化廢水、印染廢水、制藥廢水)，這些廢水和污水成分復(fù)雜，如合成洗滌劑、有機(jī)氯農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯(PCBs)、多環(huán)芳烴(PAHs)、偶氮類有機(jī)污染物等，它們的可生化性較差，且大多具有致癌作用，危及人類的的身體健康。此時，常用的生物處理技術(shù)很難將其去除，甚至這些毒性物質(zhì)的引入還可能引起微生物中毒，導(dǎo)致生物處理系統(tǒng)的崩潰。因此，治理工業(yè)廢水勢在必行。
[0003]g_C3N4是一種具有層狀結(jié)構(gòu)的聚合物半導(dǎo)體，由于其禁帶寬度為2.7eV左右，在可見光區(qū)有吸收(λ >420nm)，且具有優(yōu)異的光化學(xué)穩(wěn)定性，在光解水制氫和有機(jī)污染物的降解等方面有廣泛的應(yīng)用前景。然而，g_C3N4的比表面積小、光生電子和空穴極易復(fù)合造成其光催化降解有機(jī)污染物的效率并不高。為了解決這個問題，相關(guān)研究人員采用摻雜或者與其他半導(dǎo)體材料復(fù)合的方法，或者采用提高比表面積的方法，但合成過程比較繁瑣，不利于環(huán)境保護(hù)和大規(guī)模制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鉀摻雜介孔g_C3N4光催化劑的制備方法及其在降解有機(jī)污染物方面的應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明提供了一種鉀摻雜介孔g_C3N4光催化劑的制備方法，具體包括如下步驟:
[0006](I)將經(jīng)研磨后的三聚氰胺和KI混合平鋪于坩禍底部，將SBA-15均勻的分散在三聚氰胺和KI混合物的上面；所述KI與三聚氰胺的質(zhì)量比為1:3?7，所述SBA-15與三聚氰胺和KI混合物的質(zhì)量比為2?4: I ;
[0007](2)將坩禍加蓋后置于馬弗爐內(nèi)以10°C /min的升溫速率升至320°C保溫4h，然后以2°C /min的升溫速率升至550°C保溫4h，而后自然冷卻降至室溫，所得產(chǎn)物用5%氫氟酸除去模板，然后經(jīng)洗滌、干燥后獲得鉀摻雜介孔g_C3N4光催化材料。
[0008]上述制備的鉀摻雜介孔g_C3N4光催化材料可在降解有機(jī)染料廢水領(lǐng)域加以應(yīng)用。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0010]1、本發(fā)明采用化學(xué)氣相沉積法一步制備，制備過程簡單，有利于環(huán)境保護(hù)和大規(guī)模應(yīng)用；
[0011]2、本發(fā)明中鉀摻雜介孔g-C3N4光催化材料比表面積大使得反應(yīng)活性位點(diǎn)增加，鉀摻雜后可有效抑制光生電子和空穴的復(fù)合，表現(xiàn)出更優(yōu)異的光催化性能；
[0012]3、本發(fā)明鉀摻雜介孔g_C3N4光催化材料可降解有機(jī)染料廢水，該光催化材料在60min能降解80%以上的目標(biāo)降解物，顯示了優(yōu)異的光催化活性。
【附圖說明】
[0013]圖1為制得的g_C3N4、不同比例鉀摻雜介孔g_C3N4的XRD圖片。
[0014]圖2為制得的鉀摻雜介孔g_C3N4的小角XRD圖片。
[0015]圖3為制得的鉀摻雜介孔g_C3N4的氮?dú)馕?脫附曲線。
[0016]圖4為制得的鉀摻雜介孔g_C3N4的孔徑分布圖。
[0017]圖5為不同催化劑對羅丹明的光催化氧化降解圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下的實(shí)施例。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下:
[0020]一、SBA-15 的制備
[0021]根據(jù)趙東元等在J.Am.Chem.Soc.Vol.120 (1998) pp.6024-6036 中的報道，SBA-15的制備方法如下:4.0g的P123溶解在30g水和120g鹽酸(2M)中，混合溶液在35°C攪拌2.5h。再加入8.50g的TE0S，繼續(xù)攪拌20h。然后將混合物放入80 °C烘箱靜置24h。混合物過濾，水洗，室溫干燥。通過索氏提取器萃取去除孔道中的表面活性劑，用HCl (37被％水溶液)/EtOH(VHa/Etffl= 1.5/98.5)作為萃取液。
[0022]二、鉀摻雜介孔g_C3N4的制備
[0023]實(shí)施例1:20%鉀摻雜介孔g_C3N4的制備
[0024]分別稱取5g三聚氰胺和1.66g KI，充分研磨后，稱取該混合物3.0g放入剛玉坩禍底部，然后將10.0g的SBA-15均勻的分散在三聚氰胺和KI混合物的上面。將坩禍蓋好后放入馬弗爐中煅燒。以ΙΟΚ/min的升溫速率升至320°C保溫4小時，在這個過程中，三聚氰胺和KI的混合物將會蒸發(fā)至介孔材料SBA-15的孔道里，然后以2K/min的升溫速率升至550°C保溫4小時，然后自然冷卻降至室溫。所得產(chǎn)物用5%氫氟酸除去模板，然后經(jīng)經(jīng)去離子水、乙醇充分洗滌后至pH值為7，于60°C干燥5h，獲得介孔K摻雜C3N4。
[0025]XRD分析顯示(圖1)，所制備的鉀元素已經(jīng)進(jìn)入C3N4的晶格中，XRD(002)衍射峰位由27.2移動到28.0，說明(002)的晶面間距逐漸減小。小角XRD (圖2)分析顯示材料存在長程有序結(jié)構(gòu)。所制備的鉀摻雜g_C3N4的氮?dú)馕矫摳角€(圖3)顯示為IV型曲線，具有H3滯后環(huán)，屬于典型的介孔材料，BET比表面積約為392.1mVgo孔徑分析(圖4)顯示孔徑較均一，平均孔徑為5.28nm。
[0026]實(shí)施例2:10%鉀摻雜介孔g_C3N4的制備
[0027]分別稱取5g三聚氰胺和0.73g KI，充分研磨后，稱取該混合物3.0g放入剛玉坩禍底部，然后將10.0g的SBA-15均勻的分散在三聚氰胺和KI混合物的上面。將坩禍蓋好后放入馬弗爐中煅燒。以ΙΟΚ/min的升溫速率升至320°C保溫4小時，在這個過程中，三聚氰胺和KI的混合物將會蒸發(fā)至介孔材料SBA-15的孔道里，然后以2K/min的升溫速率升至550°C保溫4小時，然后自然冷卻降至室溫。所得產(chǎn)物用5%氫氟酸除去模板，然后經(jīng)經(jīng)去離子水、乙醇充分洗滌后至pH值為7，于60°C干燥5h，獲得介孔K摻雜C3N4。
[0028]實(shí)施例3:10%鉀摻雜介孔g_C3N4的制備
[0029]分別稱取5g三聚氰胺和0.73g KI，充分研磨后，稱取該混合物3.0g放入剛玉坩禍底部，然后將6.0g的SBA-15均勻的分散在三聚氰胺和KI混合物的上面。將坩禍蓋好后放入馬弗爐中煅燒。以ΙΟΚ/min的升溫速率升至320°C保溫4小時，在這個過程中，三聚氰胺和KI的混合物將會蒸發(fā)至介孔材料SBA-15的孔道里，然后以2K/min的升溫速率升至550°C保溫4小時，然后自然冷卻降至室溫。所得產(chǎn)物用5%氫氟酸除去模板，然后經(jīng)經(jīng)去離子水、乙醇充分洗滌后至pH值為7，于60°C干燥5h，獲得介孔K摻雜C3N4。
[0030]三、采用鉀摻雜介孔g_C3N4降解有機(jī)廢水的效果表征
[0031]實(shí)施例4:利用鉀摻雜g_C3N4降解有機(jī)廢水的過程及效果，由本實(shí)施例予以詳細(xì)說明。
[0032]在本實(shí)施例中，有機(jī)廢水的氧化降解過程如下:
[0033]采用光催化劑鉀摻雜介孔g_C3N4進(jìn)行有機(jī)染料廢水的降解，處理對象是濃度為5mg/L的羅丹明B水溶液200mL，往反應(yīng)器加入0.2g鉀摻雜g_C3N4，在無光條件下攪拌30min，使溶液中羅丹明與光催化劑表面達(dá)到吸-脫附達(dá)到平衡，然后打開500W氙燈，進(jìn)行光催化氧化反應(yīng)。每隔5min取樣，每次取樣5mL，用紫外-可見分光光度計測試在最大波長的吸光度值，通過吸光度值的變化計算出羅丹明溶液的降解率。
[0034]對比例I
[0035]采用加入光催化劑g_C3N4進(jìn)行有機(jī)染料廢水的降解，處理對象是濃度為5mg/L的羅丹明B水溶液200mL，往反應(yīng)器中加入0.2g g_C3N4，其它條件同實(shí)施例4。
[0036]對比例2
[0037]采用加入介孔g_C3N4進(jìn)行有機(jī)染料廢水的氧化降解，處理對象是濃度為5mg/L的羅丹明B水溶液200mL，往反應(yīng)器加入0.2g介孔g_C3N4，其它條件同實(shí)施例4。
[0038]本實(shí)施方式制備鉀摻雜介孔g_C3N4解羅丹明的性能如圖5所示，由圖5可見:鉀摻雜后使得介孔g_C3N4光催化降解羅丹明的性能有了很大的提高，在60分鐘時對羅丹明B降解率可達(dá)到80%，與介孔g_C3N4相比降解率提高了 27%，與g-C3N4相比提高了 60%。
【主權(quán)項】
1.一種鉀摻雜介孔g-C3N4光催化材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)將經(jīng)研磨后的三聚氰胺和KI混合平鋪于坩禍底部，將SBA-15均勻的分散在三聚氰胺和KI混合物的上面；所述KI與三聚氰胺的質(zhì)量比為1:3?7，所述SBA-15與三聚氰胺和KI混合物的質(zhì)量比為2?4: I ; (2)將坩禍加蓋后置于馬弗爐內(nèi)以10°C/min的升溫速率升至320°C保溫4h，然后以20C /min的升溫速率升至550°C保溫4h，而后自然冷卻降至室溫，所得產(chǎn)物用5%氫氟酸除去模板，然后經(jīng)洗滌、干燥后獲得鉀摻雜介孔g_C3N4光催化材料。2.如權(quán)利要求1所制備的鉀摻雜介孔g_C3N4光催化材料在降解有機(jī)染料廢水中的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鉀摻雜介孔g-C3N4光催化材料的制備方法，屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括如下步驟：將三聚氰胺和KI充分研磨后平鋪于坩堝底部，將SBA-15均勻的分散在三聚氰胺和KI混合物的上面，然后將坩堝加蓋后置于馬弗爐內(nèi)進(jìn)行煅燒，產(chǎn)物經(jīng)處理后即得所述鉀摻雜介孔g-C3N4光催化材料。該光催化材料比表面積大使得反應(yīng)活性位點(diǎn)增加，鉀摻雜后可有效抑制光生電子和空穴的復(fù)合，表現(xiàn)出更優(yōu)異的光催化性能。本發(fā)明鉀摻雜介孔g-C3N4光催化材料可降解有機(jī)染料廢水，在60min能降解80％以上的目標(biāo)降解物，顯示了優(yōu)異的光催化活性。
【IPC分類】C02F1/30, B01J27/24
【公開號】CN105148975
【申請?zhí)枴緾N201510649207
【發(fā)明人】池方麗, 周國棟, 宋標(biāo), 呂耀輝, 冉松林
【申請人】安徽工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月30日