氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復合材料及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于復合材料的制備技術領域，涉及一種光催化復合材料的制備方法及其應用，具體涉及到一種氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復合材料及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]目前，越來越多的有機染料大量應用于紡織〃印染〃皮革〃食品和日用化學品等產業中。盡管染料的出現使得我們的世界變得五彩繽紛，但是由于其使用量巨大，生產過程中產生的大量含有毒性的工業廢水，未經妥善處理直接排入水體將會對生態環境造成嚴重影響。而且部分染料還具有潛在的致癌性，進入食物鏈后會直接危害人畜健康。傳統上，物理-化學方法、電化學法，生物法等被用來進行染料廢水的處理。但是具有去除效率低，造成二次污染，費用高的缺點。考慮到環境效益，用可見光降解染料作為一種綠色技術引起了越來越高的重視。
[0003]近年來，半導體光催化材料在環境、材料、能源等領域得到了廣泛的應用。為了提高太陽能的利用效率，光催化材料必須具備兩大條件:合適的可以很好的響應太陽光的帶隙以及較低的電子空穴重組率。硫化銻(Sb2S3)作為一種禁帶寬度在1.5-1.7eV的半導體材料，其在光催化領域有廣泛的應用前景。Sb4O5Cldt為銻的一種氯氧化物，其較寬的帶隙(3.25ev)很適合用來修飾窄帶隙半導體材料以提高其光催化性能，但由于Sb4O5Cl2的制備比較困難，很少被研宄。
[0004]g_C3N4，一種新型無金屬聚合物，具有層狀結構，原材料廉價及制備簡單等特點，在生物、催化和能源儲備方面得到了越來越多的應用。另外，利用g_C3N4光催化降解環境中的有機污染物的研宄也日益增多，但是單純的氮化碳材料存在的光生電子和空穴容易復合以及對可見光的吸收效率低等問題，這不利于提高復合物的光催化性能。迄今為止，水熱合成氮化碳-硫化銻/氯氧化銻(g-C3N4_Sb2S3/Sb405Cl2)復合材料尚未被報道，因此，開發和提供一種制備工藝簡單、性能優良的g-C3N4_Sb2S3/Sb405Cl2復合材料非常必要。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是克服現有技術中的不足，提供一種成本低、易操作且綠色環保，具有優越的光催化性能的氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復合材料，還提供了一種制備工藝簡單、成本低、具有很好的環保效益的氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復合材料的制備方法以及該氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復合材料在降解染料廢水中的應用。
[0006]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:
[0007]一種氮化碳-硫化銻/氯氧化銻(g-C3N4-Sb2S3/Sb405Cl2)復合材料，所述氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復合材料包括氮化碳(g_C3N4)和硫化銻/氯氧化銻(SCL)微球，所述硫化銻/氯氧化銻微球由硫化銻和氯氧化銻組成，所述氮化碳沉積于所述硫化銻/氯氧化銻微球球體表面構成三維微球狀復合材料。
[0008]上述的氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復合材料中，優選的，所述氮化碳的質量分數為4.8%?25%。
[0009]作為本發明的同一技術構思，本發明還提供了一種氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0010]S1、取氮化碳粉體超聲分散于堿液中，得到分散液，然后與SbCI3S液混合，得到混合溶液。堿液的作用為分散氮化碳，同時有效的調控混合溶液的鹽酸濃度。
[0011]S2、將Na2S溶液逐滴加入到步驟SI的混合溶液中進行水熱反應，得到氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復合材料。
[0012]上述的制備方法中，優選的，所述水熱反應的溫度為100°C?150°C，時間為8h?12h0
[0013]上述的制備方法中，優選的，所述氮化碳粉體、所述SbCl3溶液和所述Na2S溶液的比值為 85mg ?567mg: 25ml: 15ml。
[0014]上述的制備方法中，優選的，所述SbCl3溶液的質量濃度為0.080g/ml?0.095g/ml ;所述Na2S溶液的質量濃度為0.078g/ml?
[0015]上述的制備方法中，優選的，所述SbCl3溶液由SbCl 3溶解于鹽酸溶液中制備得到，所述鹽酸溶液中鹽酸與水的體積比為2: 3?I。
[0016]上述的制備方法中，優選的，所述步驟SI中，所述混合溶液的pH值為I?2 ;所述堿液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液，所述堿液的濃度為2mol/L?4mol/L。
[0017]作為本發明的同一技術構思，本發明還提供了一種上述氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復合材料或上述制備方法制得的氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復合材料在降解染料廢水中的應用。
[0018]上述的應用中，優選的，包括以下步驟:將所述氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復合材料添加到染料廢水中進行光催化反應，完成對染料廢水的降解。
[0019]上述的應用中，優選的，所述氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復合材料的添加量為50mg ?lOOmg/lOOml。
[0020]上述的應用中，優選的，所述染料廢水為甲基橙染料廢水。
[0021]上述的應用中，優選的，所述染料廢水的濃度為15mg/L?30mg/L。
[0022]上述的應用中，優選的，所述光催化反應的時間為0.5h?lh。
[0023]與現有技術相比，本發明的優點在于:
[0024]1、本發明的氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復合材料，包括氮化碳(g_C3N4)和硫化銻/氯氧化銻(SCL)微球，其中氮化碳顆粒粒徑較小，沉積在硫化銻/氯氧化銻微球球體表面，與硫化銻/氯氧化銻微球結合牢固。因此與其它半導體材料進行復合去改善SCL的光催化性能被認為是一個很好的策略。硫化銻/氯氧化銻(SCL)微球有比較低的光電轉換效率，本發明通過將氮化碳和硫化銻/氯氧化銻半導體構建異質結材料，不僅能有效的降低光生電子和空穴的復合，而且不同性質的半導體還能產生協同作用，同時保持了硫化銻對太陽光強的響應能力的優良特性。本發明的氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復合材料為三維微球狀復合材料，相比于二維材料，其優勢在于有效的提高了材料的比表面積以及光催化活性位點。本發明的氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復合材料能夠克服單純的SCL材料存在的光電轉化效率低的問題，同時也能夠克服單純的氮化碳材料存在的光生電子和空穴容易復合以及對可見光的吸收效率低等問題，具有優越的光催化性能。
[0025]2、本發明氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復合材料中，隨著氮化碳含量的增加，有效增加了可見光下的吸收強度，降低了光生電子-空穴的復合速率，光催化性能明顯提高，但是當加入的氮化碳過量時，過量的氮化碳將降低氮化碳和SCL球體的異質結表面的接觸，反而會降低光催化的性能。相比較而言，單純的SCL在I小時內降解甲基橙的效率為52%，而加入氣化碳后，降解效率尚達95%。
[0026]3、本發明首次采用水熱法合成g-C3N4-Sb2S3/Sb405Cl2復合材料，其反應條件容易控制、操作方法簡單，且制備過程中沒有使用任何有機溶劑，具有很好的環保效益。
[0027]水熱反應中主要的化學反應方程式為:
[0028]4SbCl3+5H20 — Sb405Cl2+10HCl (I)
[0029]Sb405Cl2+C3N4— C 3N4_Sb405Cl2 (2)
[0030]6S2>Sb405Cl2— 2Sb 2S3+502>2Cr (3)
[0031]nC3N4-Sb2S3+mC3N4-Sb405Cl2—C 3N4-Sb2S3/Sb405Cl2復合物 (4)。
[0032]4、本發明的制備方法中，通過有效控制分散液和SbCl3溶液的混合溶液中的鹽酸濃度，使混合溶液的PH值為I?2，確保生成313405(:12;而堿液主要用于分散氮化碳，同時有效控制混合溶液中鹽酸的濃度以及中和的過程中晶體生長的大小和方向，以確保材料復合成功，進而制備出三維微球狀的復合材料。
[0033]5、本發明的氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復合材料在可見光下具有很好的光催化性能，可廣泛用于光降解染料廢水領域，特別適用于光降解甲基橙染料廢水，具有成本低、工藝簡單、操作便捷、催化效率高且綠色環保等優點。
【附圖說明】
[0034]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。
[0035]圖1為本發明實施例2