一種無定型碳復合氮化碳光催化材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光催化技術領域，特別是涉及一種無定型碳復合氮化碳光催化材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]工業社會的快速發展，使得人們面臨日益嚴峻的環境污染和能源危機。為了解決這兩大問題，亟需開發一種整治環境污染、制備清潔能源的新技術。在眾多的選擇中，光催化技術是最簡單、最有前景的。光催化材料可以在一定能量光的激發下產生光生電子空穴對，載流子迀移到材料表面可以與表面吸附物質發生氧化還原反應。利用這一特性，光催化材料可以應用于降解有機污染物、光解水產氫等領域。然而，光催化材料的應用依然面臨許多問題，包括:(I)光催化材料最理想的激發光是太陽光，但是大部分光催化材料只對太陽光譜中比例較小的紫外光響應，從而導致太陽光利用率較低；(2)目前報道的光催化材料中有許多含有貴金屬成分，導致光催化材料的制備成本較高；(3)—些光催化材料穩定性較差，在經過一段時間的使用之后會發生光氧化的現象。
[0003]氮化碳是一種可見光響應的半導體光催化材料，具有合成方法簡單，原料來源廣泛等諸多優點。但是受到自身帶隙寬度的限制，氮化碳的可見光利用率不高。眾多研究和專利將碳材料與氮化碳復合以提高其光催化性能，所用碳材料包括碳量子點、石墨烯、多層碳納米管等。這些原料價格高昂，且碳材料與氮化碳復合工藝過程較為復雜，不利于大規模生產應用。
【發明內容】
[0004]為了克服上述現有技術的不足，提供了一種無定型碳復合氮化碳光催化材料及其制備方法。本發明采用的碳源材料為丙三醇、葡萄糖、蔗糖等多羥基有機化合物，均屬廉價易得的化工產品。多羥基有機化合物在高溫下碳化形成的無定形碳與氮化碳復合，可以有效促進氮化碳在可見光區域的吸收，從而提高其光催化性能。無定型碳復合氮化碳具有較好的光催化穩定性。
[0005]本發明所采用的技術方案是:一種無定型碳復合氮化碳光催化材料，其特征在于其原料組分及各組分占原料總量的重量百分含量分別為:多羥基有機化合物0.3 %?4%，胺基化合物96 %?99.?%。
[0006]優選上述的多羥基有機化合物為葡萄糖、丙三醇或蔗糖中的一種或幾種。
[0007]優選上述的胺基化合物為雙氰胺、三聚氰胺或脲中的一種或幾種的組合。
[0008]本發明海提供了制備上述的無定型碳復合氮化碳光催化材料的方法，其具體步驟為:
[0009]A)以多羥基有機化合物占總重量0.1 %?4 %，胺基化合物占總重量96 %?99.9 %的比例稱取原料；
[0010]B)將多羥基有機化合物溶解于溶劑中，然后向溶液中加入胺基化合物，混合均勻；
[0011]C)采用自然風干或加熱的方法使上述混合物中的溶劑揮發完全，然后放置于高溫爐中，升溫至480?600°C，保溫3?5.5h;即獲得無定型碳復合氮化碳光催化材料。
[0012]優選步驟B)中將多羥基有機化合物溶解于溶劑中，控制多羥基有機化合物的質量與溶劑體積的濃度為lmg/ mL?30mg/ mL。
[0013]優選步驟B)中所述的溶劑為乙醇或水中的一種或兩種的組合。
[0014]優選步驟C)所述的加熱的方法采用微波或電加熱方式中的一種;加熱溫度為50?100。。。
[0015]有益效果:
[0016]1、無定型碳復合氮化碳光催化材料的制備工藝簡單，原料來源廣泛，成本低廉，有利于大規模生產應用。
[0017]2、多羥基有機化合物碳化形成的無定形碳負載于氮化碳表面，可以有效促進氮化碳在可見光區域的吸收，從而提高氮化碳的光催化性能。
[0018]3、多輕基有機化合物碳化形成的無定形碳負載于氮化碳表面，無定形碳與氮化碳結合牢固，結構和化學穩定性好，具有優異的重復使用性。
【具體實施方式】
[0019]實施例1:
[0020]將15g三聚氰胺加入到20mL濃度為3mg/mL的葡萄糖水溶液中，將二者混合均勻，放入90°C烘箱中使水揮發完全。將混合物放入高溫爐中，加熱至520°C，保溫4h后使其自然冷卻至室溫，得到無定型碳復合氮化碳光催化材料。
[0021]對所得光催化材料進行吸收光譜測試，發現材料對波長在560nm以下的光均有一定程度的吸收。利用制備的光催化材料降解I OOmL濃度為12mg/L的羅丹明B水溶液。在不透光的條件下將0.1g復合光催化材料置于羅丹明B水溶液中，2h后達到吸附-解吸附平衡。利用加裝濾光片的280W氣燈(λ> 420nm)作為光催化反應光源，經150min照射后，利用紫外可見分光光度計測定水溶液中殘余的羅丹明B濃度。結果表明所制備的無定形碳復合氮化碳具有良好的光催化效果，羅丹明B降解率達到95%。利用三聚氰胺在同樣的加熱條件下制備得到的沒有負載無定形碳的氮化碳，羅丹明B降解率僅為64%。無定形碳復合氮化碳較純氮化碳降解量增加了48%。對該樣品進行4次循環實驗，樣品保持96%以上的光催化活性，具有較好的重復使用性。
[0022]實施例2:
[0023]將15g雙氰胺加入到20mL濃度為25mg/mL的丙三醇的乙醇溶液中，將二者混合均勻，自然風干使乙醇揮發完全。將混合物放入高溫爐中，加熱至580°C，保溫3.5h后使其自然冷卻至室溫，得到無定型碳復合氮化碳光催化材料。
[0024]對所得光催化材料進行吸收光譜測試，發現材料對波長在700nm以下的光均有一定程度的吸收。利用制備的光催化材料降解I OOmL濃度為12mg/L的羅丹明B水溶液。在不透光的條件下將0.1g復合光催化材料置于羅丹明B水溶液中，2h后達到吸附-解吸附平衡。利用加裝濾光片的280W氣燈(λ> 420nm)作為光催化反應光源，經120min照射后，利用紫外可見分光光度計測定水溶液中殘余的羅丹明B濃度。結果表明所制備的樣品具有良好的光催化效果，羅丹明B降解率達到92%。利用雙氰胺在同樣的加熱條件下制備得到的沒有負載無定形碳的氮化碳，羅丹明B降解率僅為53 %。無定形碳復合氮化碳較純氮化碳降解量增加了73%。對該樣品進行4次循環實驗，樣品保持94%以上的光催化活性，具有較好的重復使用性。
[0025]實施例3:
[0026]將15g脲加入到20mL濃度為10mg/mL的蔗糖的水溶液中，將二者混合均勻，放入60°C烘箱中使水揮發完全。將混合物放入高溫爐中，加熱至500°C，保溫5h后使其自然冷卻至室溫，得到無定型碳復合氮化碳光催化材料。
[0027]對所得光催化材料進行吸收光譜測試，發現材料對波長在600nm以下的光均有一定程度的吸收。利用制備的光催化材料降解I OOmL濃度為12mg/L的羅丹明B水溶液。在不透光的條件下將0.1g復合光催化材料置于羅丹明B水溶液中，2h后達到吸附-解吸附平衡。利用加裝濾光片的280W氣燈(λ> 420nm)作為光催化反應光源，經20min照射后，利用紫外可見分光光度計測定水溶液中殘余的羅丹明B濃度。結果表明所制備的樣品具有良好的光催化效果，羅丹明B降解率達到93%。利用脲在同樣的加熱條件下制備得到的沒有負載無定形碳的氮化碳，羅丹明B降解率僅為77%。無定形碳復合氮化碳較純氮化碳降解量增加了 20%。對該樣品進行4次循環實驗，結果表明樣品保持95%以上的光催化活性。
【主權項】
1.一種無定型碳復合氮化碳光催化材料，其特征在于其原料組分及各組分占原料總量的重量百分含量分別為:多羥基有機化合物0.3%?4%，胺基化合物96%?99.7%。2.如權利要求1所述的無定型碳復合氮化碳光催化材料，其特征在于所述的多羥基有機化合物為葡萄糖、丙三醇或蔗糖中的一種或幾種。3.如權利要求1所述的無定型碳復合氮化碳光催化材料，其特征在于所述的胺基化合物為雙氰胺、三聚氰胺或脲中的一種或幾種的組合。4.一種制備如權利要求1所述的無定型碳復合氮化碳光催化材料的方法，其具體步驟為: A)以多羥基有機化合物占總重量0.1 %?4%，胺基化合物占總重量96%?99.9 %的比例稱取原料； B)將多羥基有機化合物溶解于溶劑中，然后向溶液中加入胺基化合物，混合均勻； C)采用自然風干或加熱的方法使上述混合物中的溶劑揮發，然后放置于高溫爐中，升溫至480?600°C，保溫3?5.5h;即獲得無定型碳復合氮化碳光催化材料。5.如權利要求2所述的方法，其特征在于步驟B)將多羥基有機化合物溶解于溶劑中，控制多輕基有機化合物的質量與溶劑體積的濃度為lmg/ mL?30mg/ mL。6.如權利要求2所述的方法，其特征在于步驟B)所述的溶劑為乙醇或水中的一種或兩種的組合。7.如權利要求2所述的方法，其特征在于步驟C)所述的加熱的方法采用微波或電加熱方式中的一種;加熱溫度為50?100°C。
【專利摘要】本發明涉及一種無定型碳復合氮化碳光催化材料及其制備方法。其特征在于其原料組分及各組分占原料總量的重量百分含量分別為：多羥基有機化合物0.3％～4％，胺基化合物96％～99.7％。本發明以多羥基有機化合物為碳源，胺基化合物為合成氮化碳的原料，采用熱聚合法制備得到無定形碳復合氮化碳。多羥基有機化合物在高溫下碳化形成的無定形碳負載于氮化碳表面，可有效促進氮化碳對可見光的吸收，從而提高其光催化性能。該方法操作簡單，成本低，重復性好，適合大規模工業化生產。
【IPC分類】B01J27/24, B01J21/18
【公開號】CN105536844
【申請號】CN201510933362
【發明人】寇佳慧, 陸春華, 孫衛華, 許仲梓, 熊吉如, 袁慧雯
【申請人】南京工業大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月15日