一種多級結構的硅酸鹽粘土-氮化碳復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于無機非金屬基復合材料領域，具體涉及一種具有多級結構的硅酸鹽粘土/氮化碳復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]石墨相氮化碳(g_C3N4)是一種新型具有可見光響應的非金屬光催化材料，因其獨特的半導體能帶結構和優異的化學穩定性等優點而被用于光解水產氫產氧、光催化有機選擇性合成、光催化降解有機污染物等領域。然而，g_C3N4存在比表面積較小、在水中分散性差等缺點，從而制約了其光催化性能。為此常通過改變g_C3N4的微觀結構，如設計多孔結構、制備納米棒和納米薄層等來解決此問題，但是上述方法仍存在一定的缺陷。合成多孔g_C3N4，則需要加入模板劑再去除模板劑等工序來完成，而制備g_C3N4納米薄層常采用溶劑剝離法；這些方法都使得g_C3N4生產工藝相對復雜，耗時耗能，成本增加。中國專利CN103539090B合成出了一種形貌尺寸均勻的高取向排列的氮化碳納米棒陣列，然而該方法需經過高溫水熱工序，不適合大規模生產。因此，如何采用一種相對簡單的方法制備出兼具高比表面積和優異分散性能的氮化碳材料是要解決的關鍵技術問題。
【發明內容】
[0003]本發明克服現有技術中石墨相氮化硅制備工藝復雜的不足，提供一種多級結構的硅酸鹽粘土-氮化碳復合材料及其制備方法，該方法具有簡單易行、成本低廉等特點，適合規模化生產，該氮化碳復合材料兼具高比表面積和優異分散性能。
[0004]為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為，一種多級結構的硅酸鹽粘土 -氮化碳復合材料，以一維納米結構的娃酸鹽粘土為核體，氮化碳負載在娃酸鹽粘土表面形成多級結構的氮化碳納米片。
[0005]作為優選，所述的硅酸鹽粘土為凹凸棒石、埃洛石或海泡石中的一種。
[0006]上述的娃酸鹽粘土 -氮化碳復合材料的制備方法，步驟如下:
[0007](I)將硅酸鹽粘土均勻分散到甲醛溶液中，攪拌下調節體系pH值為8.5?10.0，然后加入三聚氰胺得到混合分散液，將體系升溫至80?90°C，繼續攪拌保溫反應30?60分鐘；用酸性溶液調節體系PH值為4.0?5.8，繼續恒溫反應，當混合液滴入去離子隨中呈現白色霧狀且不易散開時，立即用堿性溶液調節體系PH值為7.5?9.0，制得硅酸鹽粘土 /三聚氰胺-甲醛樹脂復合液；
[0008](2)將步驟(I)制得的硅酸鹽粘土 /三聚氰胺-甲醛樹脂復合液在溫度為80°C?100°C條件下烘干，然后在氮氣氣氛下置于溫度為450°C?650°C條件下進行熱解反應4?10小時，即制得娃酸鹽粘土 /氮化碳復合材料。
[0009]作為優選，所述的甲醛溶液質量百分濃度為37%?40%。
[0010]作為優選，所述的甲醛與三聚氰胺質量比為0.30?1:1，硅酸鹽粘土質量與混合液中的甲醛和三聚氰胺總質量比值為0.1?0.3:1。
[0011 ] 進一步地，所述的堿性溶液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水溶液中的一種，堿性溶液的質量百分濃度為10%?25%。
[0012]進一步地，所述的酸性溶液為甲酸溶液、乙酸溶液或氯化銨溶液中的一種，酸性溶液的質量百分濃度為5?15%。
[0013]本發明的有益效果:
[0014]1、本發明以一維納米結構的硅酸鹽粘土為核體，通過“原位聚合-熱解”法即首先在硅酸鹽粘土表面原位聚合三聚氰胺-甲醛樹脂，然后通過熱解反應，制備硅酸鹽粘土 /氮化碳復合材料，其優勢在于:充分利用了一維納米結構的硅酸鹽粘土的“骨架”作用，樹脂中的碳、氮元素可以在其表面成核，原位生長成具有多級結構的氮化碳納米片，從而有效地防止了氮化碳納米片的團聚與折疊，提高了復合材料的比表面積。
[0015]2、在制備硅酸鹽粘土 /氮化碳復合材料的熱解反應過程中，硅酸鹽粘土礦物中的晶格離子(如Fe、Mn等)可以對氮化碳進行有效摻雜，從而能夠降低氮化碳材料的帶隙，提高其光催化性能。
【附圖說明】
[0016]圖1為按實施例5制備的凹凸棒石/氮化碳復合材料的透射電鏡(TEM)照片。
【具體實施方式】
[0017]下面結合實施例，對本發明作進一步的描述，但本發明所要保護的范圍并不局限于實施例所涉及的范圍:
[0018]實施例1
[0019]1、將2.4千克凹凸棒石均勻分散到5.0千克質量百分濃度為37%的甲醛溶液中，一邊攪拌一邊用質量百分濃度為10%的氫氧化鈉溶液調節體系pH值為8.5，然后加入6.2千克三聚氰胺得到混合分散液，將體系升溫至80°C，繼續攪拌保溫反應60分鐘，用質量百分濃度為5%的甲酸溶液調節體系pH值為5.8，繼續恒溫反應，當混合液滴入去離子水中呈現白色霧狀且不易散開時，立即用質量百分濃度為10%的氫氧化鈉溶液調節體系pH值為
7.5，制得凹凸棒石/三聚氰胺-甲醛樹脂復合液；
[0020]2、將步驟I所制得的凹凸棒石/三聚氰胺-甲醛樹脂復合液在溫度為100°C條件下烘干，然后在氮氣氣氛下，置于溫度為450°C條件下進行熱解反應10小時，即制得凹凸棒石/氮化碳復合材料。
[0021]實施例2
[0022]1、將1.2千克埃洛石均勻分散到15.0千克質量百分濃度為40%的甲醛溶液中，一邊攪拌一邊用質量百分濃度為25%的氫氧化鉀溶液調節體系pH值為10.0，然后加入6.0千克三聚氰胺得到混合分散液，將體系升溫至90°C，繼續攪拌保溫反應30分鐘，用質量百分濃度為15%的氯化錢溶液調節體系pH值為4.0，繼續恒溫反應，當混合液滴入去離子水中呈現白色霧狀且不易散開時，立即用質量百分濃度為25%的氫氧化鉀溶液調節體系pH值為9.0，制得埃洛石/三聚氰胺-甲醛樹脂復合液；
[0023]2、將步驟I所制得的埃洛石/三聚氰胺-甲醛樹脂復合液在溫度為80°C條件下烘干，然后在氮氣氣氛下，置于溫度為650°C條件下進行熱解反應4小時，即制得埃洛石/氮化碳復合材料。
[0024]實施例3
[0025]1、將1.5千克海泡石均勻分散到7.5千克質量百分濃度為38%的甲醛溶液中，一邊攪拌一邊用質量百分濃度為17.5%的氨水溶液調節體系pH值為9.5，然后加入4.8千克三聚氰胺得到混合分散液，將體系升溫至85°C，繼續攪拌保溫反應45分鐘，用質量百分濃度為10%的乙酸溶液調節體系pH值為5.0，繼續恒溫反