本发明涉及复合粉体制备技术领域，具体是涉及一种agbr/g-c3n4复合粉体的制备方法及应用。
背景技术
g-c3n4作为新型非金属光催化材料与传统的tio2光催化剂相比，g-c3n4吸收光谱范围更宽，不需要紫外光仅在普通可见光下就能起到光催化作用；g-c3n4具有非常合适的半导体带边位置，对于光解水产氢产氧的热力学相关的条件，g-c3n4也能满足。同时，与tio2相比，g-c3n4活化分子氧的作用也十分明显，在研究过程中也表明氮化碳所产生的超氧自由基对有机官能团的光催化转化和有机污染物的光催化降解也有很明显的作用，十分适合室内空气污染治理和一些有机物的降解。
卤化银是非常重要的一种记录光信息的材料，对与其这方面的性能的研究早已经有一百多年的历史了，但是近年来许多科研工作者又发现了其新的应用价值，卤化银可以作为光催化剂来使用。光催化反应能够使有机物全部都降解成为无机酸、水和二氧化碳等。卤化银光催化剂同时也具有操作方法简单、反应条件较温和、耗能低、使用的范围广泛并且很难再造成二次污染这些优点。在发现卤化银的光催化性能之前，大家对于降解工业染料废水的光催化剂的研究主要都集中在纳米二氧化钛和纳米二氧化锌上面。但是由于二氧化钛与二氧化锌的光谱响应范围较窄，禁带较宽，量子效率较低等缺点致使这些光催化剂都不能充分地利用太阳光，只能在紫外光存在的条件下才能发生降解的反应，从而就限制了它们的使用范围。
为了提高纳米二氧化钛的光催化效率和扩展其适用的范围，一些研究人员就将卤化银掺杂到这些纳米材料中从而来提高其光催化的效率。例如曹静等就将溴化银沉积到了二氧化钛上从而将复合催化剂的光吸收范围拓展到了400～600nm；zang等人也用p25型二氧化钛与溴化银复合在一起制备出了复合的光催化剂然后来降解甲基橙，同时也显现出了很好的光催化效果。
近年来的研究实验中，不断有研究人员采用掺杂离子、沉积贵金属、与其他的半导体结构复合的方法来改善氮化碳的催化效率低的问题可通过复合半导体颗粒间的紧密接触和纳米尺寸效应高效分离转移光生电子-空穴对。在众多可与氮化碳复合的半导体中，溴化银(agbr)是一种性能优异的半导体材料，广泛应用于光催化领域。它的禁带宽度从一些研究中可以得知为2.6ev，对波长小于480nm的太阳光能够有效吸收。它的导带和价带分别位于0.06ev和2.55ev(w.nhe)，这样与g型氮化碳的复合十分合适。
本发明采用水热法合成棒状和管状氮化碳粉体、采用超声法合成了agbr/g-c3n4复合粉体用xrd、fe-sem、bet、tg等表征方法对所制备样品的晶体结构、形貌、比表面积、热稳定性以及其光学性能进行了分析。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种agbr/g-c3n4复合粉体的制备方法及应用。此方法整个工艺原料易得、方法简便易行，操作简单。制备的agbr/g-c3n4复合粉体，在可见光下具有优异的降解常见有机染料的能力，从而拓展了单独物质的可见光的响应范围，提高了物质的光催化活性。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种agbr/g-c3n4复合粉体的制备方法，步骤如下：
1)、g-c3n4的制备
①、称取0.554g的三聚氯氰、0.189g的三聚氰胺和0.2g的尿素置于烧杯内，量取15ml的乙腈试剂倒入烧杯内，并用玻璃棒搅拌5min使其分散；
②、搅拌完成后将混合物倒入25ml的反应釜中，将反应釜盖好放进恒温鼓风烘箱中，设置温度为180℃，反应时间为36～48h；
③、反应完成后取出反应釜，将反应釜内反应生成的物质装入15ml塑料试管内；用离心机离心，再用去离子水和无水乙醇各洗涤3次；
④、将洗涤过后的物质放进烘箱内干燥，设置温度为40℃，时间为12h；将干燥好的粉末收集起来，即得棒状或管状g-c3n4；
2)、agbr/g-c3n4复合粉体的制备
①、称取0.160～0.190g的g-c3n4、0.008～0.036g的硝酸银、0.018～0.076g的ctab置于烧杯内，加入20ml的无水乙醇；将烧杯置于超声波清洗器中超声反应20min后倒入塑料试管内离心；
②、用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，并放入烘箱内干燥，设置温度为40℃，时间为12h，收集固体粉末，即得agbr/g-c3n4复合粉体。
石墨相氮化碳即g-c3n4具有可见光响应能力，并且稳定性较高，被看作一种有很大应用前景的光催化剂。将无机化合物和无机金属离子结合或者插入到g-c3n4基质中，对g-c3n4的结构和提高反应活性起到了有效的调整作用。agbr是一种可见光光敏材料，本发明通过对g-c3n4的改性，利用超声法合成agbr/g-c3n4的复合粉体，拓展单独物质的可见光的响应范围，从而提高了物质的光催化活性。与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1)、本发明主要借助溶剂热法，以三聚氰胺、三聚氯氰、尿素为原料，合成不同形貌和结构的g-c3n4粉体，在此基础上利用超声法，采用氮化碳、硝酸银、ctab为原料，将agbr原位沉淀在g-c3n4上以构建不同负载比例的agbr/g-c3n4微、纳米粉体，用xrd、fe-sem、bet、tg等表征方法对所制备样品的晶体结构、形貌、比表面积、热稳定性进行分析。并以350w的氙灯为光源，亚甲基蓝、甲基橙、罗丹明b等染剂为目标降解物，研究其在光辐射下其催化降解污水中有机污染物的性质。
2)、利用三聚氰胺、三聚氯氰、尿素为原料，采用溶剂热合成的方法制备出黄褐色的g-c3n4。通过fe-sem检测其微观形貌为管状氮化碳，管外部直径平均为70nm，管长平均为600nm；xrd表明所得到的氮化碳为g型氮化碳。
3)、采用氮化碳、硝酸银、ctab为原料，通过超声法合成agbr/g-c3n4黄色复合粉体。通过fe-sem测试表明粒径约为50nm的球状agbr粒子均匀地附着载在管状氮化碳表面；bet检测表明agbr(20wt％)/g-c3n4复合粉体具有较大的比表面积，其比表面积为40.727m2/g，孔体积0.110cc/g，孔半径为17.171nm；光催化实验表明所得的agbr/g-c3n4复合光催化剂在可见光下具有优异的降解常见有机染料(如亚甲基蓝、罗丹明b等)的能力，初步实验表明溴化银负载量为10％、15％的复合粉体对罗丹明b的降解效果不明显，负载比例为20％的复合粉体降解效果较好。
附图说明
图1为实施例1中采用不同反应时间制备g-c3n4粉体的扫描电镜图；图1a、1b为棒状氮化碳的扫描电镜图，图1c、1d为管状氮化碳的扫描电镜图；
图2为实施例2中采用不同agbr负载量制备agbr/g-c3n4的扫描电镜图；a、b、c、d依次代表agbr负载量为5％、10％、15％、20％。
图3为g-c3n4的xrd图；
图4为agbr/g-c3n4的xrd图；
图5为g-c3n4粉体的tg曲线图；
图6为agbr/g-c3n4复合粉体的tg曲线图；
图7为agbr/g-c3n4复合粉体的氮气吸附脱附等温线(agbr负载量为20％)；
图8为样品降解罗丹明b的紫外-可见光吸收光谱图，图9为样品对罗丹明b的光催化降解率曲线图；图8和图9中，a、b、c、d、e、f依次代表agbr负载量为10％制备的agbr/g-c3n4复合粉体、agbr负载量为15％制备的agbr/g-c3n4复合粉体、agbr负载量为20％制备的agbr/g-c3n4复合粉体、agbr负载量为20％且负载过程中以去离子水作为溶剂制备的agbr/g-c3n4复合粉体、纯氮化碳、纯溴化银。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明的agbr/g-c3n4复合粉体的制备方法及应用作出进一步的详述。
实施例1
g-c3n4的制备，分成两组实验，两者之间的区别仅在于反应时间分别为36h、48h，其他工艺步骤完全相同。具体步骤如下：
①、称取0.554g的三聚氯氰、0.189g的三聚氰胺和0.2g的尿素置于烧杯内，量取15ml的乙腈试剂倒入烧杯内，并用玻璃棒搅拌5min使其分散；
②、搅拌完成后将混合物倒入25ml的反应釜中，将反应釜盖好放进恒温鼓风烘箱中，设置温度为180℃，反应时间分别为36h、48h；
③、反应完成后取出反应釜，将反应釜内反应生成的物质装入15ml塑料试管内；用离心机离心，再用去离子水和无水乙醇各洗涤3次；
④、将洗涤过后的物质放进烘箱内干燥，设置温度为40℃，时间为12h；将干燥好的粉末收集起来，即得g-c3n4。
图1为实施例1中采用不同反应时间制备g-c3n4粉体的扫描电镜图；图1a、1b为棒状氮化碳的扫描电镜图，图1a为放大2.2k倍时的样品图，从中可以看出，氮化碳晶体呈棒状(制备实验中反应时间为48小时)，但分散性不好，团聚现象比较严重，是由于在制样过程中没有很好的分散；图1b中为放大9k倍时的样品图，可以更加直观的看出样品的棒状结构，宽度为300nm。
图1c、1d为管状氮化碳的扫描电镜图；图1c为放大18k倍时的样品图，图中所显示出的晶体呈管状(制备实验中反应时间为36小时)，在之前的现有技术中一般利用固相法，即通过对含氮前驱体在高温下的诱导，从而使分子发生缩聚反应，这样所制备的氮化碳多为层状或片状。在本发明中通过改变反应时间，可以得到管状氮化碳，推断出管状氮化碳可能是片状或层状氮化碳生长为棒状氮化碳的中间体。图1d为放大70k倍时的样品图，从图中可以看出管状晶体的外壁光滑，管状特征明显，管外部直径为100nm，管长为600nm，分散性较好，样品的晶体形貌比较均匀。
实施例2
agbr/g-c3n4复合粉体的制备
由于棒状氮化碳的成功率较低，产量较少，分散性比管状氮化碳差且形态样貌不均匀，所以在复合粉体的制备过程及之后的光催化性能测试中均选择管状氮化碳(反应时间为36小时)作为实验原料。
agbr/g-c3n4复合粉体的制备采用超声法，以ctab作为表面活性剂，利用硝酸银提供银离子，并通过改变agbr和g-c3n4的质量比来合成不同比例的复合粉体，agbr的质量分数分别为5％、10％、15％、20％，并据此制备了如表1所示样品；下面以复合粉体质量为0.2g，制备方法步骤如下：
①、称取g-c3n4、硝酸银、ctab置于烧杯内，加入无水乙醇；将烧杯置于超声波清洗器中超声反应20min后倒入塑料试管内离心；
②、用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，并放入烘箱内干燥，设置温度为40℃，时间为12h，收集固体粉末，即得agbr/g-c3n4复合粉体。
表1制备agbr/g-c3n4复合粉体时各原料添加量
为了更好地了解复合粉体的形貌，对agbr/g-c3n4的复合粉体做了相关扫描电镜的分析，如图2所示。氮化碳晶体具有π共轭体系且表面具有大量活性位点和缺陷位，这些缺陷能给溴化银提供形核和生长位点。
图2为采用不同agbr负载量制备agbr/g-c3n4的扫描电镜图，图2a为管状氮化碳负载质量分数为5％的溴化银，从图中可以看出，有球状溴化银粒子附着在管状氮化碳表面，溴化银粒子粒径为50nm，但由于负载量较少，氮化碳分散性较差，负载溴化银不够均匀，扫描电镜图中无法明显看出负载效果。
图2b为管状氮化碳负载质量分数为10％的溴化银，从图中可以看出，溴化银粒子多数负载在管状氮化碳的管口，且产生了团聚现象，溴化银颗粒大小直径为250nm左右，远大于图2a中溴化银粒子的粒径。
图2c为管状氮化碳负载质量分数为15％的溴化银，从图中可以看出氮化碳的形貌较为均匀，且可以明显看到有溴化银粒子负载在氮化碳外壁，粒子的分散较为均匀，溴化银粒子粒径为50nm左右。
图2d为管状氮化碳负载质量分数为20％的溴化银，从图中可以看出有大量的溴化银粒子附着在氮化碳表面，表明通过增加溴化银的负载比例是可以提高溴化银的负载量的，溴化银粒子粒径为100nm左右，但氮化碳的分散性不好造成团聚。
实施例3
对管状g-c3n4以及利用管状氮化碳、agbr负载量为20％制备的agbr/g-c3n4复合粉体进行晶型分析。图3为g-c3n4的xrd图。与c3n4的标准卡片pdf#87-1526比对可知，在25.396°，26.504°，40.303°处分别出现了的g-c3n4的(101)，(002)，(111)衍射峰，说明了所制备的粉末样品为氮化碳。
图4为agbr/g-c3n4的xrd图。与agbr的标准卡片pdf#79-0149比对可知，所制备的agbr/g-c3n4复合粉体在26.715°，30.944°，44.328°，55.039°处分别出现了(111)，(200)，(220)，(222)衍射峰，衍射峰较尖，说明结晶度较好，在所制备的复合粉体中的xrd图谱中可以明显的看到完整的溴化银衍射峰，并且26.716°处氮化碳的衍射峰和溴化银的衍射峰有了重合，但仍然存在，说明在利用超声法负载的复合粉体中包含溴化银和氮化碳这两相。
实施例4
对管状g-c3n4以及利用管状氮化碳、agbr负载量为20％制备的agbr/g-c3n4复合粉体进行热重分析。图5为g-c3n4粉体的tg曲线图。从图中可以看出烧结温度的上限是800℃，随着温度的升高，重量分数不断下降。在70℃左右，剩余重量分数为98.59％，这是无水乙醇的蒸发导致的；在290℃时，重量分数为90.85％；在320℃时，重量分数为87.1％，在这之后曲线有明显下降趋势，这是随着温度的升高，附着在氮化碳表面的大量水分子蒸发造成的；在400℃时，重量分数为39.06％，曲线下降趋势变缓，氮化碳开始发生热分解；在670℃时，重量分数为2.08％，曲线下降趋势基本保持不变，在700℃时，重量分数为0.89％，750℃时，重量分数为0.53％，790℃时，重量分数为0.35％，在这过程中曲线变化逐渐平缓，重量分数接近于0；最后剩余的0.35％的物质可能是制备氮化碳的过程中所含有的极少数杂质。
图6为agbr/g-c3n4复合粉体的tg曲线图。在100℃左右，剩余重量分数为97.7％，这是复合粉体中无水乙醇和部分去离子水的蒸发导致的；在200℃时，重量分数为96.27％，由于温度较低，分解速率较慢；在330℃时，重量分数为86.04％，并且在这之后曲线有明显下降趋势，这是随着温度的升高，氮化碳表面附着的大量水分子蒸发造成的；在400℃时，重量分数为58.49％，氮化碳开始产生热；在600℃时，重量分数为39.35％，在640℃时，重量分数为30.29％，在这之后曲线下降趋势逐渐变缓；在700℃时，重量分数为25.79％，750℃时，重量分数为25.21％，790℃时，重量分数为24.23％，重量曲线基本保持不变；最后剩余物质重量分数在24.23％左右，这可能是因为在复合粉体的制备过程中，ctab和硝酸银没有完全反应成溴化银，在干燥后，复合粉体中残留有少量的ctab和硝酸银。
实施例5
对利用管状氮化碳、agbr负载量为20％制备的agbr/g-c3n4复合粉体进行bet分析。
图7为agbr/g-c3n4复合粉体的氮气吸附脱附等温线(agbr负载量为20％)。从图中可以看出吸附脱附等温线为典型的ⅲ型等温线，实验所用的氮化碳原料的粉体结构为管状，在整个压力范围内凸向下，曲线没有拐点，在相对压力p/p0从0增加到0.8的过程中，吸附缓慢，表明吸附剂复合粉体和吸附质之间的作用力较弱，在相对压力p/p0从0.8增加到1.0的过程中，吸附的量增加加剧，近似为指数增长，吸附作用较强，表明了粉体有孔充填。通过bet方程计算样品的比表面积，agbr负载量为20％的agbr/g-c3n4复合粉体的比表面积为40.727m2/g，根据bjh吸附可知，孔体积为0.110cc/g，孔半径为17.171nm。
实施例6
复合粉体的吸附性能测试，步骤如下：
(1)取1×10-4mol/l的染料溶液(亚甲基蓝、甲基橙、罗丹明b)10ml置于烧杯内，加入40ml去离子水稀释得到浓度为2×10-5mol/l的染料溶液，并取5ml染料溶液置于5ml小试管内，记为染料原液；
(2)称取30mg样品，在暗环境下，将样品分散于50ml染料溶液中，将转子放入烧杯内，然后将烧杯放在磁力搅拌器上，启动磁力搅拌器，在常温下遮光搅拌40min，使样品在染料溶液中完全吸附；
(3)搅拌结束后，用一次性塑料滴管取5ml上层清液置于塑料试管内，放入离心机内离心，设置转速为3600r，时间为5min；
(4)离心完成后将样品清液置于5ml小试管内，记为吸附样品；
(5)用日本jasco公司生产型号为v-650的紫外可见分光光度计进行紫外光谱吸收测定。
测试结果如下：
①、agbr/g-c3n4复合粉体催化亚甲基蓝
负载5％agbr的agbr/g-c3n4复合粉体催化亚甲基蓝时，在吸附40min后颜色变浅，继续光照10min后颜色变为接近无色，在光照20min、30min后，亚甲基蓝染液变为无色。
②、agbr/g-c3n4复合粉体催化甲基橙
负载20％agbr的agbr/g-c3n4复合粉体催化甲基橙时，在吸附40min后颜色改变，这是加入催化剂导致的，继续光照10min后颜色变浅，在光照10min、20min、30min后，甲基橙染液变为无色。
③、agbr/g-c3n4复合粉体催化罗丹明b
负载15％agbr的复合粉体催化罗丹明b有一定的效果。
负载20％agbr的复合粉体催化效果较之前有了很大提升。
纯氮化碳粉体对罗丹明b有催化效果。
纯溴化银催化罗丹明b，由于溴化银的不稳定性，见光易分解，在光照降解的过程中生成了银离子无法离心出澄清溶液，且银基材料成本较高，此实验通过在氮化碳表面负载溴化银，可以提高光催化剂的稳定性，并且可以降低成本。
实施例7
复合粉体针对罗丹明b的光催化性能测试，步骤如下：
设计6组样品进行试验，分别为agbr负载量为10％制备的agbr/g-c3n4复合粉体、agbr负载量为15％制备的agbr/g-c3n4复合粉体、agbr负载量为20％制备的agbr/g-c3n4复合粉体、agbr负载量为20％且负载过程中以去离子水作为溶剂制备的agbr/g-c3n4复合粉体、纯氮化碳、纯溴化银。
利用氙灯光源(带滤波片)照射6组样品，调节工作电流为16a，把烧杯放在距离光源20cm左右的磁力搅拌器上。每隔二十分钟取一次样，每次取5ml，置于塑料试管内离心，离心完成后将样品清液置于5ml小试管内，记为吸附样品。一共取6次样，分别标记为1～6号，用日本jasco公司生产型号为v-650的紫外可见分光光度计进行紫外光谱吸收测定。
图8为样品降解罗丹明b的紫外-可见光吸收光谱图，a、b、c、d、e、f依次代表agbr负载量为10％制备的agbr/g-c3n4复合粉体、agbr负载量为15％制备的agbr/g-c3n4复合粉体、agbr负载量为20％制备的agbr/g-c3n4复合粉体、agbr负载量为20％且负载过程中以去离子水作为溶剂制备的agbr/g-c3n4复合粉体、纯氮化碳、纯溴化银。从图8中可以看出，紫外波长范围和500～600nm波长范围内都有较强的吸收峰出现。随着光照时间的延长，罗丹明b溶液的吸收峰逐渐降低，这说明了罗丹明b发生了降解反应。
从图8a、8b中可以看出，当经过80～100min的光照后，在550nm左右仍有较强的罗丹明b吸收峰。表明agbr负载量为10％、15％制备的agbr/g-c3n4复合粉体样品对罗丹明b催化效果不是很好。从图8c、8d、8e、8f可以看出，当经过60min的光照后，罗丹明b在550nm左右的吸收峰明显降低，溶液的颜色也从紫红色变为浅色，说明此时罗丹明b的降解率很高。
图9为样品对罗丹明b的光催化降解率曲线图；从图中可以看出，曲线c、d、e、f显示出的降解效果很好，具体催化率如下表2所示。
表2不同样品对罗丹明b的吸附率和降解率
从表2中可以看出，复合粉体中的溴化银负载质量比对罗丹明b的催化降解效果影响是十分显著的。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。