一种高活性大比表面积纳米片状结构g‑C3N4的制备方法与流程

本发明属于新材料、新能源利用及环境污染治理领域，涉及一种备高活性大比表面积纳米片状结构g-c3n4光催化材料的制备方法。
背景技术：
：石墨烯相氮化碳(g-c3n4)是一种新型的聚合材料，由非金属元素组成,具有廉价丰富的原料、特殊的结构和性能，是环境友好性和生物相容性的半导体材料。近些年来,研究者们通过优化制备和修饰方法,让此材料在能源、环境、医学等领域表现出较为优异的性能。然而，通过热聚合方法制备的块状g-c3n4存在比表面积小、活性位点少、在可见光区的量子效率低等问题，光催化效率不佳。通过纳米结构和形貌调控手段能够提高比表面积，增加反应活性位，改善电子传递效率，抑制电子和空穴复合，提高氮化碳的光催化活性。目前硬模板法、软模板法和超分子自组装法是制备氮化碳纳米材料的常用方法。但以二氧化硅或氧化铝为硬模板，涉及冗繁的前驱体灌注和模板剂去除过程，并且采用了含氟有毒化学试剂，存在污染大、成本高、周期长等问题。而软模板法和超分子法则存在设备复杂、操作过程繁琐、转换效率较低等问题。因此，发展一种简单、快捷、环保的方法，调控氮化碳的纳米结构，提高其光催化性能。技术实现要素：本发明提供了一种高活性高比表面积g-c3n4纳米片状结构材料的制备方法。以三聚氰胺为原料，乙酸或去离子水为三聚氰胺溶剂，通过添加不同硝酸量，制备三聚氰胺单硝酸盐、三聚氰胺二硝酸盐、三聚氰胺三硝酸盐含能材料作为制备g-c3n4的前躯体。该方法利用三聚氰胺硝酸盐热聚合时释放的强烈能量，一方面将块状g-c3n4剥离成纳米片状，另一方面降低热聚合所需温度和反应时间，避免了传统高比面积纳米片状g-c3n4固相合成中的高温和二次煅烧工艺，大大降低了合成能耗水平。本方法简单易行，成本低廉，重复性好，在光分解水、光催化氧化环境污染物等领域具有广泛的应用前景；本发明的另一目的是提供由该方法制备得到的高活性高比表面积片状g-c3n4纳米材料。一种高活性大比表面积纳米片状结构g-c3n4光催化材料的制备方法，步骤如下：(1)将4g三聚氰胺经60℃烘干24h胺，溶于10毫升去离子水或乙酸中，经超声混合均匀；(2)将3毫升、4毫升或5毫升的60％hno3溶液于步骤(1)混合溶液中，搅拌均匀，获得糊状三聚氰胺硝酸盐；(3)将步骤(2)所得三聚氰胺硝酸盐置于加盖坩埚中，放入已升温到190-200℃的马弗炉中；然后以10℃/min的升温速率将马弗炉升温至500℃，在该温度下保持2h，然后将坩埚立即取出自然冷却，得到浅黄色大表面积纳米片状结构g-c3n4材料。本发明提供的g-c3n4纳米材料比表面积高达240m2/g，由于纳米片量子效应，具有卓越的分解水和降解有机污染能力。本发明提供的制备方法，原料廉价，制备方法简单，能耗低，具有很高的实用价值和应用前景。附图说明图1是g-c3n4纳米料1-4的xrd图谱。图2是g-c3n4纳米材料1-4的tem图谱：(a)g-c3n4纳米材料1；(b)g-c3n4纳米材料2；(c)g-c3n4纳米材料3；(d)g-c3n4纳米材料4。图3是g-c3n4纳米材料1-4以及块体g-c3n4降解罗丹明效率变化曲线：(a)块体g-c3n4；(b)g-c3n4纳米材料1；(c)g-c3n4纳米材料2；(d)g-c3n4纳米材料3；(e)g-c3n4纳米材料4。具体实施方式下面通过实例对本发明所述的方法和技术加以说明。实例1：称取4g经60℃烘干24h的三聚氰胺，溶于10毫升去离子水，经1000w超声10min混合均匀；(2)量取3毫升60％的hno3溶液于步骤(1)混合溶液中，搅拌均匀，获得糊状三聚氰胺单硝酸盐；(3)将步骤(2)所得三聚氰胺单硝酸盐置于加盖坩埚中，放入已升温到190℃的马弗炉中；然后以10℃/min的升温速率将马弗炉升温至500℃，在该温度下保持2h，然后将坩埚立即取出自然冷却，得到浅黄色大表面积纳米片状结构g-c3n4材料1。实例2：称取4g经60℃烘干24h的三聚氰胺，溶于10毫升去离子水，经1000w超声10min混合均匀；(2)量取4毫升60％的hno3溶液于步骤(1)混合溶液中，搅拌均匀，获得糊状三聚氰胺二硝酸盐；(3)将步骤(2)所得三聚氰胺单硝酸盐置于加盖坩埚中，放入已升温到200℃的马弗炉中；然后以10℃/min的升温速率将马弗炉升温至500℃，在该温度下保持2h，然后将坩埚立即取出自然冷却，得到浅黄色大表面积纳米片状结构g-c3n4材料2。实例3：称取4g经60℃烘干24h的三聚氰胺，溶于10毫升去离子水，经1000w超声10min混合均匀；(2)量取5毫升60％的hno3溶液于步骤(1)混合溶液中，搅拌均匀，获得糊状三聚氰胺三硝酸盐；(3)将步骤(2)所得三聚氰胺单硝酸盐置于加盖坩埚中，放入已升温到200℃的马弗炉中；然后以10℃/min的升温速率将马弗炉升温至500℃，在该温度下保持2h，然后将坩埚立即取出自然冷却，得到浅黄色大表面积纳米片状结构g-c3n4材料3。实例4：称取4g经60℃烘干24h的三聚氰胺，溶于10毫升乙酸，经1000w超声10min混合均匀；(2)量取4毫升60％的hno3溶液于步骤(1)混合溶液中，搅拌均匀，获得糊状三聚氰胺二硝酸盐；(3)将步骤(2)所得三聚氰胺单硝酸盐置于加盖坩埚中，放入已升温到200℃的马弗炉中；然后以10℃/min的升温速率将马弗炉升温至500℃，在该温度下保持2h，然后将坩埚立即取出自然冷却，得到浅黄色大表面积纳米片状结构g-c3n4材料4。对以上所得g-c3n4纳米材料1-4进行光催化活性测试实验，同时为了对比，在同样条件下也测定了块体g-c3n4材料的光催化活性。光催化活性测试过程如下：将初始浓度为10mg·l-1罗丹明b(rhb)溶液50ml作为目标降解物置于250ml烧杯中，称取0.01g光催化剂并使其均匀分布于罗丹明b(rhb)溶液中，光催化剂在溶液中呈悬浮状态。为了达到吸附-脱附平衡，将此悬浮液在磁力搅拌条件下暗反应30min，将其置于距液面12cm的可见光光源(300w氙灯)下进行光催化实验，每隔一段时间取上清液在罗丹明b(rhb)的最大吸收波长处(554nm)测其吸光度，共光照反应50min，所得结果如附图1所示。附表1g-c3n4纳米材料1-4的比表面积、孔径分布样品比表面积bet(m2/g)孔径(nm)孔容(cm3/g)g-c3n4纳米材料1220.215.50.894g-c3n4纳米材料2230.810.91.137g-c3n4纳米材料3148.912.10.449g-c3n4纳米材料4240.19.21.245任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。当前第1页12