的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种g-C3N4的制备方法。
【背景技术】
[0002]g-C3N4(石墨相氮化碳)作为一种新兴的无金属光催化剂，凭借着其较低的能带间隙(2.7eV)、可见光区域响应(420nm)的特点，在可见光催化领域占有一席之地，可以使用g_C3N4在可见光下进行水的分解(1.23eV)制备氢气和氧气、常见有机染料的降解(罗丹明B、甲基橙等)、有机反应的合成、C02固定等。但是由于g-C3N4的比表面积相对较低，只有约10m2/g，严重地影响了其对目标物质的吸附，从而使光催化效率大大地降低。即使制备成微介孔结构的g_C3N4，虽然增大了比表面积，但是并没有充分的利用微介孔的结构，仅在孔道两端进行了催化。
【发明内容】
[0003]本发明是要解决g_C3N4的比表面积较低，光催化效率低的技术问题，而提供一种大孔g-C3N4的制备方法。
[0004]本发明的一种大孔g_C3N4的制备方法是按以下步骤进行的:
[0005]—、制备多孔S i 0 2小球:将T P A 0 Η与去离子水混合，搅拌至溶液澄清，然后加入TE0S，搅拌至溶液澄清，再加入Amberl ite IRA-900，搅拌24h?25h，然后在反应釜中温度为60°C的条件下水热处理24h，过滤洗涤得固体，在温度为60°C的条件下烘干12h，在温度为550°(3的条件下烧结611，得到3丨02小球;所述的了?40!1与去离子水的体积比为1:(3.5?4.5);所述的ΤΡΑ0Η与TE0S的体积比为1: (2?3)；所述的ΤΡΑ0Η的体积与Amberl ite IRA-900的质量比为lmL: lg;
[0006]二、将步骤一制备的多孔Si02小球和二氰二胺一起溶于溶剂中，得到混合溶液;所述的步骤一制备的多孔Si02小球和二氰二胺的质量比为1: (2?4);所述的步骤一制备的多孔Si02小球的质量和溶剂的体积比为lg: 10mL;
[0007]三、将步骤二制备的混合溶液在室温或温度为40°C的条件下搅拌12h?24h，过滤得固体，在温度为60°C?65°C的条件下烘干12h?14h，用35目的筛子过筛，保留筛子上面筛不过去的小球；
[0008]四、烧结:将步骤三得到的小球在氮气保护和升温速率为2min/s?20min/s的条件下从室温升温至500°C?700°C，然后在氮气保护和温度为500°C?700°C的条件下烧结1?3h，在氮气保护下随炉冷却至室温，得到烧结后的小球；
[0009]五、将步骤四烧结后的小球在质量分数为2.5%的HF水溶液中浸泡24h，得到大孔
g-C3N4o
[0010]TPAOH是四丙基氢氧化铵，TEOS是正硅酸乙酯，Amberlite IRA-900是大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂。
[0011]本发明的大孔g-C3N4的大孔结构有利于目标物质的质量传递，尤其是具有连续孔道的结构，可以进一步加强质量传递和交换;本发明的大孔g_C3N4的骨架纤细、孔道丰富、尺寸适宜，有利于降低光生电子和空穴的重结合、目标物的质量传递以及对光的吸收和利用。
[0012]本发明的大孔g-C3N4的合成方法是使用多孔Si02为模板，使用二氰二胺为原料，合成出具有在可见光下高催化效率的大孔g-C3N4，相对于同类型的大孔g-C3N4，具有孔道密集、联通的特点，相对于现有的无孔g_C3N4，催化效率提到了至少三倍，可以用来作为污水的友好处理以及氢能源的制备的优秀催化剂。
【附图说明】
[0013]图1为试验一制备的大孔g-C3N4的XRD图；
[0014]图2为试验一制备的大孔g_C3N4的TEM图；
[0015]图3是可见光下催化罗丹明B降解的效率图，曲线1是试验二的，曲线2是试验三。
【具体实施方式】
[0016]【具体实施方式】一:本实施方式为一种大孔g-C3N4的制备方法，具体是按以下步骤进行的:
[0017]一、制备多孔Si02小球:将TPA0Η与去离子水混合，搅拌至溶液澄清，然后加入TE0S，搅拌至溶液澄清，再加入Amberl ite IRA-900，搅拌24h?25h，然后在反应釜中温度为60°C的条件下水热处理24h，过滤洗涤得固体，在温度为60°C的条件下烘干12h，在温度为550°(3的条件下烧结611，得到3丨02小球;所述的了?40!1与去离子水的体积比为1:(3.5?4.5);所述的ΤΡΑ0Η与TE0S的体积比为1: (2?3)；所述的ΤΡΑ0Η的体积与Amberl ite IRA-900的质量比为lmL: lg;
[0018]二、将步骤一制备的多孔Si02小球和二氰二胺一起溶于溶剂中，得到混合溶液;所述的步骤一制备的多孔Si02小球和二氰二胺的质量比为1: (2?4);所述的步骤一制备的多孔Si02小球的质量和溶剂的体积比为lg: 10mL;
[0019]三、将步骤二制备的混合溶液在室温或温度为40°C的条件下搅拌12h?24h，过滤得固体，在温度为60°C?65°C的条件下烘干12h?14h，用35目的筛子过筛，保留筛子上面筛不过去的小球；
[0020]四、烧结:将步骤三得到的小球在氮气保护和升温速率为2min/s?20min/s的条件下从室温升温至500°C?700°C，然后在氮气保护和温度为500°C?700°C的条件下烧结1?3h，在氮气保护下随炉冷却至室温，得到烧结后的小球；
[0021]五、将步骤四烧结后的小球在质量分数为2.5%的HF水溶液中浸泡24h，得到大孔
g-C3N4o
[0022]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一的不同点是:步骤一所述的TPAOH与去离子水的体积比为1:4。其他与【具体实施方式】一相同。
[0023]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二的不同点是:步骤一所述的ΤΡΑ0Η与TE0S的体积比为1:2.5。其他与【具体实施方式】一或二相同。
[0024]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三的不同点是:步骤二所述的步骤一制备的多孔Si02小球和二氰二胺的质量比为1:3。其他与【具体实施方式】一至三相同。
[0025]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四的不同点是:步骤二所述的溶剂为去离子水或甲醇。其他与【具体实施方式】一至四相同。
[0026]通过以下试验验证本发明的有益效果:
[0027]试验一:本试验为一种大孔g-C3N4的制备方法，具体是按以下步骤进行的:
[0028]一、制备多孔S i 02小球:将TPA0Η与去离子水混合，搅拌至溶液澄清，然后加入TE0S，搅拌至溶液澄清，再加入Amber 1 ite IRA-900，搅拌24h，然后在反应釜中温度为60°C的条件下水热处理24h，过滤洗涤得固体，在温度为60°C的条件下烘干12h，在温度为550°C的条件下烧结6h，得到S i 02小球;所述的ΤΡΑ0Η与去离子水的体积比为1:4;所述的ΤΡΑ0Η与TE0S的体积比为1:2.5;所述的ΤΡΑ0Η的体积与Amberlite IRA-900的质量比为lmL: lg;
[0029]二、将步骤一制备的多孔Si02小球和二氰二胺一起溶于溶剂中，得到混合溶液;所述的步骤一制备的多孔Si02小球和二氰二胺的质量比为1:3;所述的步骤一制备的多孔Si02小球的质量和溶剂的体积比为lg: 10mL;
[0030]三、将步骤二制备的混合溶液在室温或温度为40°C的条件下搅拌18h，过滤得固体，在温度为60°C的条件下烘干12h，用35目的筛子过筛，保留筛子上面筛不过去的小球；[0031 ]四、烧结:将步骤三得到的小球在氮气保护和升温速率为10min/s的条件下从室温升温至570°C，然后在氮气保护和温度为570°C的条件下烧结1.5h，在氮气保护下随炉冷却至室温，得到烧结后的小球；
[0032]五、将步骤四烧结后的小球在质量分数为2.5%的HF水溶液中浸泡24h，得到大孔
g-C3N4o
[0033]步骤二所述的溶剂为甲醇。
[0034]步骤一制备的Si02小球的氮气吸附的数值bet为200cm2/g?400cm2/g，说明其具有大量的孔道。
[0035]图1为试验一制备的大孔g-C3N4的XRD图，从图中可以看出在2Θ= 13°和27°出现了明显的衍射峰，说明合成的材料是g_C3N4。
[0036]图2为试验一制备的大孔g_C3N4的TEM图，从图中可以看出试验一制备的大孔g_C3N4具有明显的大孔孔道，其尺寸约为50nm?60nm。
[0037]试验二:配置50mL的浓度为10mg/L罗丹明B溶液，将50mg试验一制备的大孔g-C3N4投入其中，在300W的氙灯和滤光片波长为400nm?700nm的条件下降解。
[0038]试验三:对比试验:配置50mL的浓度为10mg/L罗丹明B溶液，将50mg普通的无孔g-C3N4投入其中，在300W的氙灯和滤光片波长为400nm?700nm的条件下降解。
[0039]图3是可见光下催化罗丹明B降解的效率图，曲线1是试验二的，曲线2是试验三的，从图可以看出不论是降解率还是降解效率，试验一制备的大孔g_C3N4相对于普通的无孔g-C3N4都有很明显的提尚。
【主权项】
1.一种大孔g_C3N4的制备方法，其特征在于大孔g_C3N4的制备方法是按以下步骤进行的: 一、制备多孔Si02小球:将TPAOH与去离子水混合，搅拌至溶液澄清，然后加入TEOS，搅拌至溶液澄清，再加入Amberlite IRA-900，搅拌24h?25h，然后在反应釜中温度为60°C的条件下水热处理24h，过滤洗涤得固体，在温度为60°C的条件下烘干12h，在温度为550°C的条件下烧结6h，得到Si02小球；所述的TPAOH与去离子水的体积比为1: (3.5?4.5);所述的TPAOH与TEOS的体积比为1: (2?3);所述的TPAOH的体积与Amberlite IRA-900的质量比为lmL:lg； 二、将步骤一制备的多孔Si02小球和二氰二胺一起溶于溶剂中，得到混合溶液;所述的步骤一制备的多孔Si02小球和二氰二胺的质量比为1: (2?4);所述的步骤一制备的多孔Si02小球的质量和溶剂的体积比为lg: 10mL; 三、将步骤二制备的混合溶液在室温或温度为40°C的条件下搅拌12h?24h，过滤得固体，在温度为60°C?65°C的条件下烘干12h?14h，用35目的筛子过筛，保留筛子上面筛不过去的小球； 四、烧结:将步骤三得到的小球在氮气保护和升温速率为2min/s?20min/s的条件下从室温升温至500°C?700°C，然后在氮气保护和温度为500°C?700°C的条件下烧结1?3h，在氮气保护下随炉冷却至室温，得到烧结后的小球； 五、将步骤四烧结后的小球在质量分数为2.5%的HF水溶液中浸泡24h，得到大孔g-C3N4o2.根据权利要求1所述的一种大孔g_C3N4的制备方法，其特征在于步骤一所述的TPAOH与去离子水的体积比为1: 4。3.根据权利要求1所述的一种大孔g_C3N4的制备方法，其特征在于步骤一所述的TPA0H与TE0S的体积比为1:2.5。4.根据权利要求1所述的一种大孔g_C3N4的制备方法，其特征在于步骤二所述的步骤一制备的多孔Si02小球和二氰二胺的质量比为1: 3。5.根据权利要求1所述的一种大孔g_C3N4的制备方法，其特征在于步骤二所述的溶剂为去离子水或甲醇。
【专利摘要】一种大孔g-C3N4的制备方法，它涉及一种g-C3N4的制备方法。本发明是要解决g-C3N4的比表面积较低，光催化效率低的技术问题。本发明：一、制备多孔SiO2小球；二、将多孔SiO2小球和二氰二胺混合成溶液；三、搅拌、过滤、烘干、过筛；四、烧结；五、去除SiO2。本发明的大孔g-C3N4的合成方法是使用多孔SiO2为模板，使用二氰二胺为原料，合成出具有在可见光下高催化效率的大孔g-C3N4，相对于同类型的大孔g-C3N4，具有孔道密集、联通的特点，相对于现有的无孔g-C3N4，催化效率提到了至少三倍，可以用来作为污水的友好处理以及氢能源的制备的优秀催化剂。本发明应用于制备g-C3N4。
【IPC分类】C01B21/082, B01J35/10, B01J27/24
【公开号】CN105417508
【申请号】CN201511018335
【发明人】林凯峰, 李煜东, 姜艳秋, 许宪祝
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月29日