一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法与流程

本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法。

背景技术：

半导体氮化碳（c3n4）作为热点材料在科学界被深度研究，广泛应用于各个领域：如在利用光催化对空气、水及其他物质的净化、细胞成像、生物分子的检测、气相检测、生物医疗应用以及其他方面都产生了十分突出的作用。石墨相氮化碳是由碳原子和单原子组成的一类二维聚合材料，除了具有与普通纳米材料一样的表面效应、低尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应外，还具有其他特殊的性质。如：光致发光、电化学发光、高催化性能以及光电子特性（传感、成像）等。氮化碳能隙带为2.7ev，可吸收可见光作为能量驱动。然而，由于其较快的电子空穴复合效率和差的导电性导致的低载流子传输效率阻碍了其催化效率限制了其大规模的推广应用。

技术实现要素：

本发明目的是：提供一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法，解决上述问题。

本发明的技术方案是：

一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法，该方法包括如下步骤：

（1）制备半导体氮化碳粉末：称取前驱体置于氧化铝坩埚中，将所述氧化铝坩埚置于马弗炉内煅烧，制得高效催化性能的氮化碳粉体；

（2）水浴还原制备纳米金颗粒复合氮化碳粉末：取木质素、所述氮化碳粉体与氯金酸盐溶于酸性溶液中，得混合溶液，利用水浴加热的方法不断搅拌所述混合溶液，将还原的纳米金颗粒均匀分散在氮化碳中，制得纳米金颗粒复合氮化碳粉末；

（3）二次煅烧制备高效复合产物：将所述纳米金颗粒复合氮化碳粉末离心干燥后，置于研钵中进行研磨，在马弗炉内进行二次煅烧，制得木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳。

进一步的，步骤（1）中所述步骤（1）中所述前驱体为尿素、三聚氰胺或硫脲中的任意一种。

进一步的，步骤（1）中所述称取前驱体置于氧化铝坩埚中具体为称取10mg尿素置于15ml氧化铝坩埚内。

进一步的，步骤（1）中所述煅烧具体为在2℃/min的升温速率的条件下，550℃煅烧2h，然后在3~5℃/min退火速率条件下退火。

进一步的，步骤（2）中所述木质素与氮化碳粉体的质量比为1：5，所述氯金酸盐为0.5~4mm。

进一步的，步骤（2）中所述酸性溶液为50ml的20mm的盐酸溶液。

进一步的，步骤（2）中所述水浴加热为：将混合溶液倒入50ml离心管中，在温度为80℃的条件下水浴加热12h。

进一步的，步骤（3）中所述离心的条件为以4000r/min的离心速率离心15min分离粉体。

进一步的，步骤（3）中所述干燥为在60℃的条件下真空干燥粉末12h。

进一步的，步骤（3）中所述二次煅烧具体为在马弗炉内以2℃/min的升温速率的条件下，550℃煅烧2h，然后在3~5℃退火速率条件下退火。

本发明提供了一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法，该方法采用高温煅烧制备氮化碳半导体粉末；水浴还原纳米金修饰氮化碳，可将金属、非金属以及半导体纳米粒子与氮化碳粉末相复合。从而，大大改善氮化碳粉体的光电及催化性能，提高太阳能的利用率。一方面，贵金属纳米颗粒分散在氮化碳内可以有效捕获光生电子，促进了电子和空穴的分离，抑制光生电子和空穴的复合。同时木质素广泛存在于木质组织中，是世界第二位丰富的有机物，具有低成本、高效还原性的特性。木质素高分子内部拥有大量的酚羟基和醇羟基，作为对游离在溶液中的au离子起着还原剂、稳定剂和附着剂的作用。再者，木质素本身具有对有机污染物的高吸附性与氮化碳多孔结构相结合进一步促进了对水污染的处理。其所需设备，工艺简单，成本低廉，所得产品具有良好的稳定性、光吸收、高催化，高效处理有机染料好的性能，为进一步应用于大规模工业化生产做出了坚实的铺垫。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中，

图1为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法的过程示意图；

图2为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的eds能谱图；

图3为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的荧光光谱图；

图4为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳在不同溶液中还原纳米金的xrd谱图；

图5为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法的金的hrtem图；

图6为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的比表面积测试图；

图7为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的氮化碳半导体sem图；

图8为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的氮化碳与木质素结合的sem图；

图9为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的sem图；

图10为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的氮化碳半导体tem图；

图11为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的氮化碳与木质素结合的tem图；

图12为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的tem图；

图13为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的吸附性能表征图。

具体实施方式

本发明提供一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法，包括以下步骤：

（1）采用在马弗炉高温煅烧制备氮化碳半导体，通过控制前驱体的类型，升温速率，煅烧温度，煅烧时间，退火方式等制备更优催化性能的氮化碳粉末；

（2）通过将一定量的木质素与煅烧的氮化碳粉末混合加入氯金酸盐，在水浴加热的条件下，控制溶液的酸碱度，加热的温度及时间，通过x射线能谱仪获取最优的贵金属纳米金沉积的氮化碳；

（3）将贵金属沉积的氮化碳复合物质高速离心分离，真空条件下干燥后，置于马弗炉内高温煅烧，进一步优化氮化碳复合结构的催化和传感性能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法，包括：

步骤一：制备半导体氮化碳粉末：称取前驱体置于氧化铝坩埚中，将所述氧化铝坩埚置于马弗炉内煅烧，制得高效催化性能的氮化碳粉体；

在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行：称取10mg尿素与15ml氧化铝坩埚内，以2℃/min的升温速率，550℃煅烧2h，3~5℃退火速率处理粉体。

步骤二：水浴还原制备纳米金颗粒复合氮化碳粉末：取木质素、所述氮化碳粉体与氯金酸盐溶于酸性溶液中，得混合溶液，利用水浴加热的方法不断搅拌所述混合溶液，将还原的纳米金颗粒均匀分散在氮化碳中，制得纳米金颗粒复合氮化碳粉末。

在一个实施例中，称取质量比为1：5的木质素和氮化碳粉体混合，制备20mm的盐酸溶液50ml并加入氯金酸盐（0.5~4mm），在磁力搅拌的作用下，水浴80℃加热12h，4000r/min离心15min，60℃真空干燥12h。

步骤三：二次煅烧制备高效复合产物：将所述纳米金颗粒复合氮化碳粉末离心干燥后，置于研钵中进行研磨，在马弗炉内进行二次煅烧，制得木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳。

在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行：将干燥后的粉末置于研钵中研磨成细粉，倒入氧化铝坩埚内，以2℃/min的升温速率，550℃煅烧2h，3~5℃退火速率处理粉体。

上述步骤所得的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳，其性能请参阅图1-图6，请参阅图1，图1为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法的过程示意图。如图1所示，氮化碳、木质素首先经过水浴加热还原纳米金，然后经马弗炉煅烧修饰获得多孔氮化碳木质素纳米金复合结构。

请参阅图2，图2为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的eds能谱图。如图2所示，为制备的微纳结构氮化碳表面eds能谱及元素c，n，o，au的分布图。

请参阅图3，图3为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的荧光光谱图。如图3所示，处理过的氮化碳粉体相比较初始的氮化碳半导体荧光强度更低，表示光生载流子分离效率得到提高，进一步促进处理有机水污染效率。

请参阅图4，图4为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳在不同溶液中还原纳米金的xrd谱图。如图4所示，经该方法整理后的氮化碳出现了明显的au纳米颗粒的峰，说明已成功还原了纳米金颗粒。

请参阅图5，图5为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法的金的hrtem图。如图5所示，经该方法还原的纳米金颗粒出现明显的晶格条纹，经测量晶格间距为纳米金（111）晶面的晶格间距。

请参阅图6，图6为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的比表面积测试图。如图6所示，经该方法整理后的氮化碳的比表面积得到提升，同时出现微孔、介孔，进一步表征了其高效的吸附能力。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。但是本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明所要求的权利范围内其他任何公知的改变。

首先，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

其次，本发明利用结构示意图等进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间。

另外，本发明中所讲的字母简称，均为本领域固定简称，其中部分字母文解释如下：sem图：电子扫描显像图；eds图：能谱图；xrd谱图：x射线荧光衍射；tem图：透射电子显微镜;bet图：比表面积测试图；pl图：荧光光谱图；hrtem谱图：高分辨率透射电镜；mm代表毫摩尔每升。

实施例一

本实施案例按如下步骤展示一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法：

步骤一：高温煅烧氮化碳粉体的制备

在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行：称取10mg尿素于15ml氧化铝坩埚内，以2℃/min的升温速率，550℃煅烧2h，3~5℃退火速率处理粉体。

步骤二：水浴加热纳米金颗粒的还原

在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行：称取100mg木质素与500mg氮化碳粉体混合，制备20mm的盐酸溶液50ml并加入氯金酸盐（2mm），在磁力搅拌的作用下，水浴80℃加热12h，4000r/min离心15min，60℃真空干燥12h。

步骤三：二次煅烧复合产物

在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行：将干燥后的粉末置于研钵中研磨成细粉，倒入氧化铝坩埚内，以2℃/min的升温速率，550℃煅烧2h，3~5℃退火速率处理粉体。

本实施例制备的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的不同组分表面形貌请参阅图7-9，图7为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的氮化碳半导体sem图；图8为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的氮化碳与木质素结合的sem图；图9为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的sem图。

实施例二

本实施案例按如下步骤展示一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法：

步骤一：高温煅烧氮化碳粉体的制备

在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行：称取10mg尿素于15ml氧化铝坩埚内，以2℃/min的升温速率，550℃煅烧2h，3~5℃退火速率处理粉体。

步骤二：水浴加热纳米金颗粒的还原

在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行：称取200mg木质素与1g氮化碳粉体混合，制备20mm的盐酸溶液50ml并加入氯金酸盐（4mm），在磁力搅拌的作用下，水浴80℃加热12h，4000r/min离心15min，60℃真空干燥12h。

步骤三：二次煅烧复合产物

在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行：将干燥后的粉末置于研钵中研磨成细粉，倒入氧化铝坩埚内，以2℃/min的升温速率，550℃煅烧2h，3~5℃退火速率处理粉体。

实施例三

本实施案例按如下步骤展示一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法：

步骤一：高温煅烧氮化碳粉体的制备

在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行：称取10mg尿素于15ml氧化铝坩埚内，以2℃/min的升温速率，550℃煅烧2h，3~5℃退火速率处理粉体。

步骤二：水浴加热纳米金颗粒的还原

在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行：称取100mg木质素与500mg氮化碳粉体混合，制备20mm的盐酸溶液50ml并加入氯金酸盐（0.5mm），在磁力搅拌的作用下，水浴80℃加热12h，4000r/min离心15min，60℃真空干燥12h。

步骤三：二次煅烧复合产物

在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行：将干燥后的粉末置于研钵中研磨成细粉，倒入氧化铝坩埚内，以2℃/min的升温速率，550℃煅烧2h，3~5℃退火速率处理粉体。

在以上三个实施例中，木质素还原纳米金颗粒修饰的氮化碳可以高效处理水有机物污染，请参阅图10-12，图10为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的氮化碳半导体tem图；图11为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的氮化碳与木质素结合的tem图；图12为本发明所述的一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法所制备的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的tem图。如图12所示，纳米金颗粒分散在氮化碳粉体内。

木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳还具有高效吸附有机染料的性能（亚甲基蓝50mg/l），请参阅图13，图13为在暗室磁力搅拌的作用下吸附20min、40min、60min从图十三可以看出，仅需要20min1mmau含量的氮化碳木质素复合物质对50mg/l的亚甲基蓝的吸附率可高达近100%。

木质素还原纳米金颗粒修饰的氮化碳具有多孔、高比表面积、优异催化效率、高灵敏传感性能等适用于多领域的优点。

综上所述，本发明公开了一种高效处理有机污染的木质素还原纳米金颗粒修饰氮化碳的制备方法，本方法在现有技术基础上充分采用高温煅烧制备氮化碳水浴加热还原纳米金颗粒，其所需设备、工艺简单，成本低廉，所得产品具有很好的高吸附性能，高催化降解，多孔，高比表面积进一步促进了应用于大规模工业化生产。具体表现为：优点是（1）采用一步高温煅烧制备氮化碳粉体。生产所需的工艺、设备极其简单，成本低，同时产品具有多孔，高比表面积，优异催化效率，高灵敏传感性能等适用于多领域的优点。

（2）采用具有多羟基、世界第二丰富有机物同时作为造纸厂废水中的主要物质木质素作为还原剂，绿色环保低价将贵金属沉积在氮化碳中，同时其具有高吸附性能，进一步提升复合结构处理有机水污染的能力。

（3）制备出的氮化碳复合物质不仅能够高效处理污染物，同时还可以应用于sers基底、生物医疗应用，细胞成像等领域。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。