一种无定型碳复合氮化碳光催化材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光催化技术领域，特别是涉及一种无定型碳复合氮化碳光催化材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]工业社会的快速发展，使得人们面临日益严峻的环境污染和能源危机。为了解决这两大问题，亟需开发一种整治环境污染、制备清洁能源的新技术。在众多的选择中，光催化技术是最简单、最有前景的。光催化材料可以在一定能量光的激发下产生光生电子空穴对，载流子迀移到材料表面可以与表面吸附物质发生氧化还原反应。利用这一特性，光催化材料可以应用于降解有机污染物、光解水产氢等领域。然而，光催化材料的应用依然面临许多问题，包括:(I)光催化材料最理想的激发光是太阳光，但是大部分光催化材料只对太阳光谱中比例较小的紫外光响应，从而导致太阳光利用率较低；(2)目前报道的光催化材料中有许多含有贵金属成分，导致光催化材料的制备成本较高；(3)—些光催化材料稳定性较差，在经过一段时间的使用之后会发生光氧化的现象。
[0003]氮化碳是一种可见光响应的半导体光催化材料，具有合成方法简单，原料来源广泛等诸多优点。但是受到自身带隙宽度的限制，氮化碳的可见光利用率不高。众多研究和专利将碳材料与氮化碳复合以提高其光催化性能，所用碳材料包括碳量子点、石墨烯、多层碳纳米管等。这些原料价格高昂，且碳材料与氮化碳复合工艺过程较为复杂，不利于大规模生产应用。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的不足，提供了一种无定型碳复合氮化碳光催化材料及其制备方法。本发明采用的碳源材料为丙三醇、葡萄糖、蔗糖等多羟基有机化合物，均属廉价易得的化工产品。多羟基有机化合物在高温下碳化形成的无定形碳与氮化碳复合，可以有效促进氮化碳在可见光区域的吸收，从而提高其光催化性能。无定型碳复合氮化碳具有较好的光催化稳定性。
[0005]本发明所采用的技术方案是:一种无定型碳复合氮化碳光催化材料，其特征在于其原料组分及各组分占原料总量的重量百分含量分别为:多羟基有机化合物0.3 %?4%，胺基化合物96 %?99.?%。
[0006]优选上述的多羟基有机化合物为葡萄糖、丙三醇或蔗糖中的一种或几种。
[0007]优选上述的胺基化合物为双氰胺、三聚氰胺或脲中的一种或几种的组合。
[0008]本发明海提供了制备上述的无定型碳复合氮化碳光催化材料的方法，其具体步骤为:
[0009]A)以多羟基有机化合物占总重量0.1 %?4 %，胺基化合物占总重量96 %?99.9 %的比例称取原料；
[0010]B)将多羟基有机化合物溶解于溶剂中，然后向溶液中加入胺基化合物，混合均匀；
[0011]C)采用自然风干或加热的方法使上述混合物中的溶剂挥发完全，然后放置于高温炉中，升温至480?600°C，保温3?5.5h;即获得无定型碳复合氮化碳光催化材料。
[0012]优选步骤B)中将多羟基有机化合物溶解于溶剂中，控制多羟基有机化合物的质量与溶剂体积的浓度为lmg/ mL?30mg/ mL。
[0013]优选步骤B)中所述的溶剂为乙醇或水中的一种或两种的组合。
[0014]优选步骤C)所述的加热的方法采用微波或电加热方式中的一种;加热温度为50?100。。。
[0015]有益效果:
[0016]1、无定型碳复合氮化碳光催化材料的制备工艺简单，原料来源广泛，成本低廉，有利于大规模生产应用。
[0017]2、多羟基有机化合物碳化形成的无定形碳负载于氮化碳表面，可以有效促进氮化碳在可见光区域的吸收，从而提高氮化碳的光催化性能。
[0018]3、多轻基有机化合物碳化形成的无定形碳负载于氮化碳表面，无定形碳与氮化碳结合牢固，结构和化学稳定性好，具有优异的重复使用性。
【具体实施方式】
[0019]实施例1:
[0020]将15g三聚氰胺加入到20mL浓度为3mg/mL的葡萄糖水溶液中，将二者混合均匀，放入90°C烘箱中使水挥发完全。将混合物放入高温炉中，加热至520°C，保温4h后使其自然冷却至室温，得到无定型碳复合氮化碳光催化材料。
[0021]对所得光催化材料进行吸收光谱测试，发现材料对波长在560nm以下的光均有一定程度的吸收。利用制备的光催化材料降解I OOmL浓度为12mg/L的罗丹明B水溶液。在不透光的条件下将0.1g复合光催化材料置于罗丹明B水溶液中，2h后达到吸附-解吸附平衡。利用加装滤光片的280W氣灯(λ> 420nm)作为光催化反应光源，经150min照射后，利用紫外可见分光光度计测定水溶液中残余的罗丹明B浓度。结果表明所制备的无定形碳复合氮化碳具有良好的光催化效果，罗丹明B降解率达到95%。利用三聚氰胺在同样的加热条件下制备得到的没有负载无定形碳的氮化碳，罗丹明B降解率仅为64%。无定形碳复合氮化碳较纯氮化碳降解量增加了48%。对该样品进行4次循环实验，样品保持96%以上的光催化活性，具有较好的重复使用性。
[0022]实施例2:
[0023]将15g双氰胺加入到20mL浓度为25mg/mL的丙三醇的乙醇溶液中，将二者混合均匀，自然风干使乙醇挥发完全。将混合物放入高温炉中，加热至580°C，保温3.5h后使其自然冷却至室温，得到无定型碳复合氮化碳光催化材料。
[0024]对所得光催化材料进行吸收光谱测试，发现材料对波长在700nm以下的光均有一定程度的吸收。利用制备的光催化材料降解I OOmL浓度为12mg/L的罗丹明B水溶液。在不透光的条件下将0.1g复合光催化材料置于罗丹明B水溶液中，2h后达到吸附-解吸附平衡。利用加装滤光片的280W氣灯(λ> 420nm)作为光催化反应光源，经120min照射后，利用紫外可见分光光度计测定水溶液中残余的罗丹明B浓度。结果表明所制备的样品具有良好的光催化效果，罗丹明B降解率达到92%。利用双氰胺在同样的加热条件下制备得到的没有负载无定形碳的氮化碳，罗丹明B降解率仅为53 %。无定形碳复合氮化碳较纯氮化碳降解量增加了73%。对该样品进行4次循环实验，样品保持94%以上的光催化活性，具有较好的重复使用性。
[0025]实施例3:
[0026]将15g脲加入到20mL浓度为10mg/mL的蔗糖的水溶液中，将二者混合均匀，放入60°C烘箱中使水挥发完全。将混合物放入高温炉中，加热至500°C，保温5h后使其自然冷却至室温，得到无定型碳复合氮化碳光催化材料。
[0027]对所得光催化材料进行吸收光谱测试，发现材料对波长在600nm以下的光均有一定程度的吸收。利用制备的光催化材料降解I OOmL浓度为12mg/L的罗丹明B水溶液。在不透光的条件下将0.1g复合光催化材料置于罗丹明B水溶液中，2h后达到吸附-解吸附平衡。利用加装滤光片的280W氣灯(λ> 420nm)作为光催化反应光源，经20min照射后，利用紫外可见分光光度计测定水溶液中残余的罗丹明B浓度。结果表明所制备的样品具有良好的光催化效果，罗丹明B降解率达到93%。利用脲在同样的加热条件下制备得到的没有负载无定形碳的氮化碳，罗丹明B降解率仅为77%。无定形碳复合氮化碳较纯氮化碳降解量增加了 20%。对该样品进行4次循环实验，结果表明样品保持95%以上的光催化活性。
【主权项】
1.一种无定型碳复合氮化碳光催化材料，其特征在于其原料组分及各组分占原料总量的重量百分含量分别为:多羟基有机化合物0.3%?4%，胺基化合物96%?99.7%。2.如权利要求1所述的无定型碳复合氮化碳光催化材料，其特征在于所述的多羟基有机化合物为葡萄糖、丙三醇或蔗糖中的一种或几种。3.如权利要求1所述的无定型碳复合氮化碳光催化材料，其特征在于所述的胺基化合物为双氰胺、三聚氰胺或脲中的一种或几种的组合。4.一种制备如权利要求1所述的无定型碳复合氮化碳光催化材料的方法，其具体步骤为: A)以多羟基有机化合物占总重量0.1 %?4%，胺基化合物占总重量96%?99.9 %的比例称取原料； B)将多羟基有机化合物溶解于溶剂中，然后向溶液中加入胺基化合物，混合均匀； C)采用自然风干或加热的方法使上述混合物中的溶剂挥发，然后放置于高温炉中，升温至480?600°C，保温3?5.5h;即获得无定型碳复合氮化碳光催化材料。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于步骤B)将多羟基有机化合物溶解于溶剂中，控制多轻基有机化合物的质量与溶剂体积的浓度为lmg/ mL?30mg/ mL。6.如权利要求2所述的方法，其特征在于步骤B)所述的溶剂为乙醇或水中的一种或两种的组合。7.如权利要求2所述的方法，其特征在于步骤C)所述的加热的方法采用微波或电加热方式中的一种;加热温度为50?100°C。
【专利摘要】本发明涉及一种无定型碳复合氮化碳光催化材料及其制备方法。其特征在于其原料组分及各组分占原料总量的重量百分含量分别为：多羟基有机化合物0.3％～4％，胺基化合物96％～99.7％。本发明以多羟基有机化合物为碳源，胺基化合物为合成氮化碳的原料，采用热聚合法制备得到无定形碳复合氮化碳。多羟基有机化合物在高温下碳化形成的无定形碳负载于氮化碳表面，可有效促进氮化碳对可见光的吸收，从而提高其光催化性能。该方法操作简单，成本低，重复性好，适合大规模工业化生产。
【IPC分类】B01J27/24, B01J21/18
【公开号】CN105536844
【申请号】CN201510933362
【发明人】寇佳慧, 陆春华, 孙卫华, 许仲梓, 熊吉如, 袁慧雯
【申请人】南京工业大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月15日