一种石墨相氮化碳光催化材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种石墨相氮化碳的制备方法，特别是一种利用生物模板制备多形态多维度多尺度的石墨相氮化碳光催化材料的制备方法，属于材料制备及光催化领域。
[0002]
【背景技术】
[0003]石墨相氮化碳是几年来兴起的一种光催化材料，具有独特的电子结构和优异的化学稳定性，近年来不仅被作为不含金属组分的催化剂和催化剂载体，广泛地应用于有机官能团的选择性转换、光催化分解水、氧还原和Au、Pd、Ag、Pt等贵金属的负载，还被作为绿色储能材料和硬模板剂用于H2、CO的存储和纳米金属氮(氧)化物的制备等，在能源和材料相关领域逐渐弓I起人彳丨3的关注。
[0004]经文献检索发现，围绕石墨相氮化碳光催化材料的制备方法，有不少文献报道。如中国专利申请CN201410089569.X，名称为:“一种共聚合改性的石墨相氮化碳空心球可见光催化剂”，该专利的技术特点在于用介孔二氧化硅球作为模板，以氰胺和有机小分子单体作为前驱物，通过热聚合和去除模板得到石墨相氮化碳空心球，该方法具有合成工艺简单的优点，但是粒径单一，没有多种形态和尺度，应用范围有限。再比如中国专利申请CN201410038958.X，名称为“离子液体促进合成石墨相氮化碳纳米片可见光催化剂”，该专利的技术特点是以尿素和二烷基咪唑四氟硼酸室温离子液体为前驱体，通过高温工具和作用形成，该方法能够合成低维纳米片层微观结构，但是形态单一，合成工艺复杂，不具有多种尺度的变化。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种以生物质为模板制备多形态多尺度多维数石墨相氮化碳光催化材料的方法，制备工艺相对简单，使制备出来的催化材料应用广泛，具有形态多样、催化效率高、能适应不同维度不同相态反应的特点，且有效地解决了以往光催化材料制备工艺复杂，适用范围小的弊端。
[0007]本发明通过采用成本低廉、来源广泛的生物质材料为原材料，经过清洗烘干，然后经过前躯体在生物质结构中的浸渍、组装及烧制，即得到一种性能优越的光催化石墨相氮化碳材料。
[0008]本发明的技术方案如下:
一种石墨相氮化碳光催化材料的制备方法，方法步骤主要如下:
I)选取生物质材料例如新鲜生物质材料，进行前处理，前处理具体是指将所述生物质材料在乙醇和蒸馏水下清洗，之后于NaOH溶液中浸泡2 — 4h ;
前处理过程的一些具体的例子可以是:对于蝴蝶翅膀，在乙醇中浸泡lOmin，取出放进水中清洗3-4次，放到由4g NaOH和200ml蒸馏水混合而成的溶液中浸泡2h，再次放进蒸馏水中清洗3-4次；对于油菜花粉，经过乙醇清洗2次，蒸馏水清洗5次；然后浸泡到NaOH稀溶液之中，50 °C水浴保温8h ；
2)提供正硅酸乙酯TEOS溶液，如通过配制溶液提供；将前处理好的生物质材料放入TEOS溶液中，水浴保温一段时间，其中水浴保温的温度为500C -550C，保温时间为6_10h。
[0009]TEOS溶液的配方可以为:6-10g的TEOS加入180ml乙醇之中，搅拌均匀之后加入3ml质量分数为37%的HCl和20_30ml蒸馏水，搅拌如Ih ；
3)将经步骤2)处理的模板进行煅烧；煅烧过程升温速度为1_2°C/min，煅烧温度为550-650 °C，煅烧时间为 10-12h ；
4)将步骤3)处理好的模板加入单氰胺溶液中保温一段时间，清洗烘干之后在氩气氛围下煅烧；
所述的单氰胺溶液优选是4-8g单氰胺，加入150ml蒸馏水所得；所述保温温度为50°C -60°C，保温时间为2h-4h ;所述的煅烧条件为1-2.5°C /min的升温速度加热到550 0C -600 °C 并保温 3-7h ；
5)取出4)中的模板通常为粉末状模板加入NH4HF2溶液中浸泡，清洗后干燥即可得到石墨相氮化碳光催化材料；
所述的NH4HF2溶液的浓度为4-6mol/L，浸泡时间为48h_52h，干燥温度为60°C -65°C。
[0010]所述的生物质材料，可选自一维形态、二维形态或三维形态的生物质材料的至少一种；其中，一维形态的生物质材料模板有棒状的病毒、细菌、单细胞微生物等；二维形态的生物质材料模板有花瓣，特指山茶花、朝鲜紫茎、大头茶滑板的一种；三维的生物质材料模板有蝴蝶翅膀、花粉、树叶、蛋膜、木头，其中蝴蝶指裳凤蝶、巴黎翠凤蝶、绿霓德凤蝶中的一种；花粉指油菜花粉、枸杞花粉、黄芪花粉、槐花花粉的一种；树叶指樱花树、樟树、夹竹桃或楓树叶片中的一种叶片；木头指美国五针松、桃树、柳树中的一种；蛋膜指鸡蛋膜、鸭蛋膜、鹅蛋膜中的一种。
[0011]与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
本发明制得的光催化材料可以涵盖一维到三维的结构形态，而且成本低廉、工艺相对简单，具有比表面积大，单位面积的活性位点多等特点；同时本发明制备的光催化材料还具有增强光吸收的结构效应，有效地解决了以往制备的光催化材料对于光的反射很大而造成大部分光能没有被有效利用的弊端。
[0012]本发明制备的石墨相氮化碳材料可以应用于污染物的光催化分解、有机材料的光催化合成，在电子、电气、通信、国防等领域有着良好的应用前景，如可应用于各类光电驱动或者是污染处理类行业，可以大大提高反应的效率，降低反应成本。
[0013]当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
[0014]
【具体实施方式】
[0015]本发明提供一种石墨相氮化碳光催化材料的制备方法，其包括如下步骤:
I)选择生物质材料作为模板，并将所述生物质材料进行前处理，所述前处理包括将所述模板在乙醇和蒸馏水下清洗并取出干燥，之后于NaOH溶液中浸泡2 — 4h ;所述生物质材料选自一维形态的生物质材料、二维形态的生物质材料和三维形态的生物质材料的至少其中之一；
2)再进一步在非氧惰性气氛下把经步骤2)处理的模板浸入TEOS溶液中并在50-55°C温度范围内水浴保温处理，保温时间6 — 1h ;
3)将经步骤2)处理的模板以1_2°C/min的升温速度煅烧，煅烧温度550°C — 650°C,煅烧时间10_12h ；
4)然后将上述处理的模板加入单氰胺溶液中，保温温度为50°C— 60°C，时间为2-4h，之后在氩气氛围中煅烧，以1-2.50C /min的升温速度至550°C — 600°C，煅烧3_7h ；
5)将步骤4)的产物加入NH4HF2溶液中，静置48— 52h，最后用乙醇清洗并在温度600C- 65°C干燥，得到石墨相氮化碳光催化材料。
[0016]在本文中，由「一数值至另一数值」表示的范围，是一种避免在说明书中一一列举该范围中的所有数值的概要性表示方式。因此，某一特定数值范围的记载，涵盖该数值范围内的任意数值以及由该数值范围内的任意数值界定出的较小数值范围，如同在说明书中明文写出该任意数值和该较小数值范围一样。
[0017]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0018]实施例1
选取一维的病毒或者细菌为原材料，经乙醇清洗3次，然后在NaOH溶液中浸渍I小时后，取出干燥。将处理并干燥后的病毒粉末与制