一种z型光催化剂及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及光催化技术领域，尤其是一种光催化剂的制备方法，包括如下步骤：将钛前驱体、醇溶剂、酸和铁离子与g?氮化碳按比例混合形成混合物；所述g?氮化碳与所述钛前驱体的质量之比为1：100～1000；所述钛前驱体、醇溶剂、酸的体积比为5～20：100～200：0.3～70；所述铁离子与钛前驱体的摩尔比为0.1～5：100；将所述混合物置入高压釜中160～240℃反应4～24h，冷却至室温后获得光催化剂的醇分散液；离心分离所述醇分散液，洗涤烘干后得到所述光催化剂。本发明制备的g?C3N4/Fe?TiO2光催化剂，在可见光照射下很好的降解有机污染物作用，在水处理、空气净化和杀菌消毒等领域都有广阔的应用前景。
【专利说明】
-种Z型光催化剂及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及纳米光催化材料技术领域，特别是设及g-氮化碳复合的铁渗杂二氧化 铁(g-C3N4/Fe-Ti〇2)及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 自1972年化jishima和化nda发现了二氧化铁（Ti〇2)电极上光分解水的现象 (化化re，1972，238(5358): 37-39) W来，半导体光催化技术步入了一个全新的阶段。在众多 光催化剂中，Ti〇2因其稳定、无毒、无二次污染、耐光腐蚀、光催化活性高且制备成本低廉等 优点，而成为应用最为广泛的光催化剂，在环境治理、染料敏化太阳能电池、水光解制氨W 及C〇2还原等领域发挥着至关重要的作用。
[0003] Ti化主要的缺点一一禁带宽度(锐铁矿和板铁矿3.2eV，金红石3 . OeV)过宽，使其 只能利用波长范围小于385nm的紫外光（在太阳光成分中只占4~5%)，从而限制了 Ti化的 大规模应用。通过与其它半导体复合，非金属元素渗杂，过渡金属离子渗杂，离子共渗杂，W 及表面贵金属沉积等手段均能有效扩展Ti化光谱响应范围至可见光区域。然而，传统的Ti化 基可见光催化剂，如闲参杂Ti化，仍存在光生电子-空穴复合率高而导致的量子效率低、还原 能力低W及光生空穴迁移率低等问题。
[0004] g-C3N4又称为石墨相氮化碳，具有良好的光催化性能，人们希望能找到一种符合材 料结合两者的优点。
【发明内容】
[0005] 为克服现有技术的不足，本发明提供一种可见光响应型g-氮化碳复合的铁渗杂二 氧化铁(g-C3N4/Fe-T i化)Z型光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0006] 将铁前驱体、醇溶剂、酸和铁离子与g-氮化碳按比例混合形成混合物;所述g-氮化 碳与所述铁前驱体的质量之比为1:100~1000;所述铁前驱体、醇溶剂、酸的体积比为5~ 20:100~200:0.3~70;所述铁离子与所述铁前驱体摩尔比为0.1~5:100;所述酸的浓度为 1 ~6mol/L。
[0007] 将所述混合物置入高压蓋中160~240°C反应4~2地，冷却至室溫后获得g-氮化碳 复合的铁渗杂二氧化铁Z型光催化剂的醇分散液；
[000引离屯、分离所述g-氮化碳复合的铁渗杂二氧化铁Z型光催化剂的醇分散液，洗涂烘 干后得到所述g-氮化碳复合的铁渗杂二氧化铁Z型光催化剂。
[0009] 其中，所述铁离子和所述铁前驱体的摩尔比为0.2~2:100。
[0010] 其中，铁离子来源选取硝酸铁、氯化铁、硫酸铁中至少一种。
[0011] 其中，所述铁前驱体选自四氯化铁、铁酸四下醋、铁酸四异丙醋至少一种。
[0012] 其中，所述醇溶剂选自乙醇、正丙醇、异丙醇任一种。
[0013] 其中，所述酸选自盐酸、乙酸、硝酸、硫酸至少一种，所述酸的水溶液浓度为1~ 6mol/L。
[0014] 本发明还提供运种Z型光催化剂，所述Z型光催化剂包括铁离子渗杂的二氧化铁和 与渗杂的二氧化铁复合的g-氮化碳。
[0015] 其中，所述铁离子与所述二氧化铁的摩尔比为0.1~5:100。
[0016] 其中，所述铁离子与所述g-氮化碳的摩尔-质量比为0.0045~0.09mol :2~lOg。 [0017] 有益效果：
[0018] (1)本发明制备出可见光响应型旨-氮化碳复合的铁渗杂二氧化铁（旨-〔3瓜/尸6- Ti化)Z型光催化剂，与Ti化相比，该光催化剂表现出更高的可见光催化活性，表明该光催化 剂的强氧化还原性和高的量子效率；
[0019] (2化本发明的光催化剂中，铁渗入了Ti〇2晶格内，有效地抑制了光生空穴和电子 的复合，增强了光催化剂的光催化效率；
[0020] (3)与传统的半导体复合相比，本发明选用的一种非金属半导体g-C3N4材料，克服 了传统的金属半导体所引起的重金属污染，同时该工艺简单，节省了原材料和设备
[0021] (4)本发明通过一步水热法制备出的g-C3N4/Fe-Ti化Z型光催化剂，赋予二氧化铁 可见光催化活性的同时，还使所制备的g-C3N4/化-TiOsZ型光催化剂在可见光照射下很好的 降解有机污染物作用，在水处理、空气净化和杀菌消毒等领域都有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明实施例1光催化剂的XRD图；
[0023] 图2为本发明实施例1光催化剂的红外谱图；
[0024] 图3为本发明实施例1光催化剂的电子自旋共振化SR)图；
[0025] 图4为本发明对照实验1、对照实验2和实施例1分别获得的光催化降解苯酪的效率 比较图。
[00%]图5为本发明实施例1的透射电镜图。
[0027]图6为本发明实施例1的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[002引下面，将对本发明实施例做详细介绍。
[0029] 本发明提供一种可见光响应型g-氮化碳复合的铁渗杂二氧化铁(g-C3N4/Fe-Ti化） Z型光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0030] 步骤一:将铁前驱体、醇溶剂、酸和铁离子与g-氮化碳按比例混合形成混合物;所 述铁前驱体、醇溶剂、酸的体积比为5~20:100~200:0.3~70;所述铁离子与所述铁前驱体 的摩尔比为0.1~5:100。其中，所述g-氮化碳与所述铁前驱体的质量之比为1:100~1000。
[0031] 所述铁前驱体可W选自四氯化铁、铁酸四下醋、铁酸四异丙醋至少一种;所述醇溶 剂选自乙醇、正丙醇、异丙醇任一种;所述酸选自盐酸、乙酸、硝酸、硫酸至少一种，所述酸的 浓度为1~6mol/L。
[0032] 其中，铁离子来源选取硝酸铁、氯化铁、硫酸铁中至少一种。保证铁离子和铁前驱 体的摩尔比在0.1~5:100范围内，优选为0.2~2:100。
[0033] 步骤二:将所述混合物转移至高压蓋中，在160~240°C溫度下反应4~2地。待反应 结束后自然冷却至室溫，获得g-氮化碳复合的铁渗杂二氧化铁Z型光催化剂的醇分散液。
[0034] 步骤S:离屯、分离所述g-氮化碳复合的铁渗杂二氧化铁Z型光催化剂的醇分散液， 先后采用乙醇洗涂1次W及去离子水洗涂2次，然后在烘箱中干燥，得到所述g-氮化碳复合 的铁渗杂二氧化铁Z型光催化剂。
[0035] W下为对照实验1、对照实验2、实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5的 反应参数及产品性能分析，其中实施例2至5所得产品性能与实施例1相似。
[0036] 表1对照实验1、对照实验2和实施例1~5的反应参数
[0037]
[0038] W下为实施例1获得的产物物化性能参数及其分析：
[0039] 如图1所示，XRD图谱可知样品中只有锐铁矿相的Ti化存在，2目为25.3°、37.8°、 48.0°，54.0°和62.4°处的峰分别对应着锐铁矿的（101)、（004)、（200)、（204)和(211)晶面， 说明采用水热法制备的Ti化纳米颗粒为光催化性能较强的锐铁矿。
[0040] 结合图2所示，g-C3N4复合的化-Ti〇2纳米颗粒在1100-1650cm-i波段范围内（1246、 1321、1404、1456、1561和1629cm-i)处有多个峰（图2)，对应为C-N和C = N杂环化合物伸缩振 动的特征峰;SlOcnfi处的吸收峰为S嗦的特征峰;3000-3300cnfi波段内的峰为-NH的伸缩 振动特征峰;在500-700cnfi波段范围内为Ti-O和Ti-O-Ti伸缩振动特征峰，运表明复合材料 中含有g-C3N4和TW2。
[0041] 如图3所示，实施例1的产物在g=l.99处出现了信号峰，该处信号峰为=价铁取代 二氧化铁八面体中的四价铁，说明通过水热法=价铁离子成功渗杂入二氧化铁的晶格中。
[0042] 结合W上3幅数据图说明了通过简单的水热法制备了Z型g-C3N4/Ti〇2复合光催化 剂。
[0043] W下为采用对照实验1、对照实验2和实施例1对苯酪的光降解性能测试实验。
[0044] 苯酪初始浓度为lOmg/L，溶液体积为50ml。
[0045] 分别取对照实验1、对照实验2和实施例1的产物作为光催化剂，浓度为Ig/L，W氣 灯为光催化反应的光源(波长大于420nm)。
[0046] 实验前先在暗处吸附化，达到吸附平衡后开始光照，每隔IOmin取样一次，用高效 液相色谱仪化PLC)检测苯酪浓度，结果如4所示。
[0047] 参见图4所示，实施例1所获得的光催化剂在光照SOmin后，苯酪的降解率为100%， 其活性优于未参杂的二氧化铁纳米颗粒W及g-氮化碳复合的二氧化铁颗粒。
[0048] 根据透射电镜测试结果（图5)，可知所制备二氧化铁纳米颗粒尺寸为5~IOnm,因 而具有极高比表面积，具有较高催化效率。图6为所述催化剂的扫描电镜图，可见颗粒状的 铁渗杂二氧化铁复合到了层状g-氮化碳上。
[0049] W上所述仅是本申请的【具体实施方式】，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员，在不脱离本申请原理的前提下，还可W做出若干改进和润饰，运些改进和润饰也应视为 本申请的保护范围。
【主权项】
1. 一种Z型光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 将钛前驱体、醇溶剂、酸和铁离子与g-氮化碳按比例混合形成混合物;所述g-氮化碳与 所述钛前驱体的质量之比为1:100~1000;所述钛前驱体、醇溶剂、酸的体积比为5~20:100 ~200:0.3~70;所述铁离子与所述钛前驱体的摩尔比为0.1~5:100; 将所述混合物置入高压釜中160~240°C反应4~24h，冷却至室温后获得光催化剂的醇 分散液； 离心分离所述光催化剂的醇分散液，洗涤烘干后得到所述光催化剂。2. 根据权利要求1所述Z型光催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁离子和所述钛前 驱体的摩尔比为0.2~2:100。3. 根据权利要求1所述Z型光催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁离子来源选取硝 酸铁、氯化铁、硫酸铁中至少一种。4. 根据权利要求1所述Z型光催化剂的制备方法，其特征在于，所述钛前驱体选自四氯 化钛、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯至少一种。5. 根据权利要求1所述Z型光催化剂的制备方法，其特征在于，所述醇溶剂选自乙醇、正 丙醇、异丙醇任一种。6. 根据权利要求1所述Z型光催化剂的制备方法，其特征在于，所述酸选自盐酸、乙酸、 硝酸、硫酸至少一种，所述酸的浓度为1~6mol/L。7. -种Z型光催化剂，其特征在于，所述Z型光催化剂包括铁离子掺杂的二氧化钛和与 掺杂的二氧化钛复合的g_氮化碳。8. 根据权利要求7所述Z型光催化剂，其特征在于，所述铁离子与所述二氧化钛的摩尔 比为0.1~5:100。9. 根据权利要求7所述Z型光催化剂，其特征在于，所述铁离子与所述g-氮化碳的摩尔-质量比为0 · 0045~0 · 09mol: 2~10g。
【文档编号】B01J27/24GK105903486SQ201610316341
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】谢璀, 张延荣, 田谧, 徐超刚, 许愿
【申请人】深圳市尤佳环境科技有限公司