一種介孔氮化碳光催化劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光催化技術，涉及采用模板法制備介孔氮化碳，選擇聚醚型聚合物P123和F127，以β-環糊精為碳源，首先制備介孔碳模板劑，然后與三聚氰胺在氮氣氣氛下高溫縮聚后，產物介孔碳/氮化碳復合物在空氣中煅燒，制備得到的介孔氮化碳光催化劑拓寬了光譜響應范圍，具有高效的可見光催化活性。
【背景技術】
[0002]目前環境問題和能源危機日漸突出，半導體光催化技術由于在環境修復和有機廢水處理中的潛在應用而備受關注。T12是最早被研究的光催化劑，它是一類優異的半導體光催化材料，具有強氧化性、毒性較低、經濟廉價等特點。許多研究者發現T12光催化劑可以生產燃料之外，還有許多其他潛在的用途，例如凈化污水，消除無機/有機氣體污染物，合成有機燃料等等。但T12在太陽能光催化過程中表現不佳.T12的禁帶寬度約為3-3.2eV，導致其只能利用紫外光(約占太陽光能量的5%)。因此為了有效地利用太陽光資源，研究在可見光響應下具有光催化活性的催化材料具有重要的實際意義。
[0003]氮化碳化合物作為一種最古老的聚合物衍生物，在常溫常壓下最穩定，具有優良的耐磨性、化學穩定性和熱穩定性，有可能在各種材料科學應用中替代無定型碳和石墨碳材料，可應用于高性能的耐磨涂層、催化劑、合成金屬氮化物或碳化物的氮源、膜材料或者儲氣庫等。但氮化碳比表面積小、粒徑大，特定的能帶結構導致其可見光吸收范圍窄(λ <470nm)，太陽能利用率低，而且激子結合能高和結晶度低，使光生電子-空穴對難以分離和光生載流子迀移率小，導致光催化過程量子效率偏低。因此人們將會把更多的精力集中到g-C3N4材料的可控制備上來，采用各種途徑和手段優化g-C3N4的化學組成、調控其半導體能帶結構和表面形貌等，按照特定的實驗目的對g-C3N4材料進行改性研究，從而進一步拓展g-C3N4在能源和環境領域的應用。
[0004]近年來，關于介孔氮化碳化合物合成方面研究較多。用S12作為硬模板，可合成出多孔結構的g_C3N4，其光催化苯的傅克酰基化反應、光解水制氫和對醇的選擇性氧化的能力明顯提高。多孔結構使g_C3N4比表面積增加，電子的捕捉位點增多，減緩了電子空穴對的復合，使其能克服帶隙略微增加帶來的不利影響而提高光催化性能。但多孔g_C3N4合成后，需要去除硬模板，這往往需要使用劇毒的HF或NH4HF2,對人體的傷害較大。本發明選擇聚醚型聚合物P123和F127，以β-環糊精為碳源，制備介孔碳，并以介孔碳為模板，高溫聚合三聚氰胺制備介孔氮化碳，比傳統模板法，具有無毒、模板脫出簡單方便且對介孔結構影響較小的特點。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種介孔氮化碳光催化劑及其制備方法，該方法工藝簡單、成本低廉，制備的介孔氮化碳光催化劑光催化降解效果較好。
[0006]本發明提供一種介孔氮化碳光催化劑的制備，其特征在于:選擇聚醚型聚合物P123和F127，以β-環糊精為碳源，制備介孔碳模板劑，然后與三聚氰胺在氮氣氣氛下高溫縮聚后，將所得的介孔碳/氮化碳復合物在空氣中煅燒除去介孔碳模板，得到的介孔氮化碳光催化劑比表面積大，且拓寬了光譜響應范圍，利于光生電子-空穴的分離，從而介孔氮化碳光催化劑具有高效的可見光催化性能，包括如下步驟:
[0007](I)制備模板介孔碳:用20mL 0.1M的酸溶液溶解聚醚P123和聚醚F127的混合物，再加入2gi3-環糊精，攪拌I?1.5h，使其充分混合，然后轉入50mL的聚四氟乙烯內襯的不銹鋼高壓反應釜中。100?180 °C反應30?40h。將所得產物離心分離，產物50?80°C真空干燥后放入管式爐中，通入高純度的惰性氣體，600?800°C煅燒3?5h，得到高比表面積介孔碳；
[0008](2)介孔氮化碳的制備:稱取0.3g步驟(I)制備的模板介孔碳和一定量的三聚氰胺，加入1mL醇溶液超聲分散10?30min，使三聚氰胺充分進入介孔碳的孔道中，50?80°C烘干后放入管式爐中，在氮氣氣氛下，500?600°C煅燒3?5h。得到的介孔碳和氮化碳復合物在空氣中500?700°C煅燒2?4h，除去介孔碳，得到高比表面積介孔氮化碳。
[0009]本發明與現有技術相比，具有顯著優點:
[0010](I)本發明采用模板法，選擇聚醚型聚合物P123和F127，以β-環糊精為碳源，制備介孔碳模板劑，該模板與三聚氰胺在氮氣氣氛下高溫縮聚后，再于空氣中煅燒除去介孔碳，制備得到介孔氮化碳光催化劑，該方法工藝簡單，易操作，所利用的介孔碳模板容易脫除，且對氮化碳的介孔結構影響較小。
[0011](2)本發明利用模板法，制備得到的介孔氮化碳比表面積增加，電子的捕捉位點增多，減緩了電子/空穴對的復合，能克服帶隙略微增加帶來的不利影響而提高光催化性能，顯著拓寬了氮化碳光催化劑的光譜響應范圍，并且有效增加了光催化劑表面的光生電子和空穴的分離，從而顯著提高介孔氮化碳光催化劑的光催化活性，所制備的介孔氮化碳光催化劑光催化活性較高。
【附圖說明】
[0012]圖1C-C3N4和Hipg-C3N4光催化劑的掃描電子顯微照片；
[0013]圖2C-C3N4和Hipg-C3N4光催化劑的X-射線衍射花樣；
[0014]圖3C-C3N4和Hipg-C3N4光催化劑的N2吸附-脫附等溫線和BJH孔徑分布曲線；
[0015]圖4 g-C3N4、C_C3N4和Hipg-C3N4光催化劑光催化性能測試
【具體實施方式】
[0016]本發明提供一種介孔氮化碳光催化劑制備，其特征在于:選擇聚醚型聚合物P123和Fl27，以β_環糊精為碳源，制備介孔碳模板劑，然后與三聚氰胺在氮氣氣氛下高溫縮聚后，產物介孔碳/氮化碳復合物在空氣中煅燒，制備得到的介孔氮化碳光催化劑比表面積大，且拓寬了光譜響應范圍，利于光生電子-空穴的分離，從而使介孔氮化碳光催化劑具有可見光催化性能。
[0017]本發明一種介孔氮化碳光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0018](I)制備模板介孔碳:用20mL 0.1M的酸溶液溶解聚醚P123和聚醚F127的混合物，再加入2g β_環糊精，攪拌I?1.5h，使其充分混合，然后轉入50mL的聚四氟乙烯內襯的不銹鋼高壓反應釜中。100?180 °C反應30?40h。將所得產物離心分離，產物50?80°C真空干燥后放入管式爐中，通入高純度的惰性氣體，600?800°C煅燒3?5h，得到高比表面積介孔碳；
[0019](2)介孔氮化碳的制備:稱取0.3g步驟(I)制備的模板介孔碳和一定量的三聚氰胺，加入1mL醇溶液超聲分散10?30min，使三聚氰胺充分進入介孔碳的孔道中，50?80°C烘干后放入管式爐中，在氮氣氣氛下，500?600°C煅燒3?5h。得到的介孔碳和氮化碳復合物在空氣中500?700°C煅燒2?4h，除去介孔碳，得到高比表面積介孔氮化碳。
[0020]為了更好的理解本發明，下面結合實例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不局限于下面所給出的實例。
[0021 ]實施方實例1:本發明一種介孔氮化碳光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
[0022](I)制備模板介孔碳:用20mL 0.1M的HCl溶解聚醚P123和聚醚Fl 27的混合物，再加入2g β_環糊精，攪拌1.5h，