氧化铟负载Me/g-C3N4光催化剂及其制备方法与流程

本发明属于光催化剂，具体涉及氧化铟负载me/g-c3n4光催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、随着现代实验分析发展，实验项目的增多和方向的不同，在实验过程中不免产生大量的有毒有害废液。这些废液中含有大量的重金属离子，由于其不能被降解，极易引发严重的重金属污染，需要进行回收处理。尽管目前高校、科研院所和企业的分析化验室将废液主要分为有机废液、无机(重金属)废液和废酸三大类进行回收。但由于实验室废液具有规模小、种类多、分散性等特点其回收和处理十分困难，且价格高昂。

2、石墨类氮化碳(g-c3n4)是一种由c、n两种元素以sp2杂化形成的c3n4或c6n7环构成，环与环之间由n原子连接，形成二维结构并层层堆积类似石墨状结构的非金属光催化剂。由于其较窄的禁带宽度约2.7ev，具有优异的光响应能力。此外，类似石墨的结构使其具有良好的热稳定性和化学稳定性，可适应强酸强碱环境。然而石墨类氮化碳由于其比表面积较小，约10m2/g；光生电子-空穴对分离成都较低，容易发生复合；吸收可见光依然较少，只能响应可见光中的蓝紫波段。如何提升石墨类氮化碳的光催化活性成为了一个研究重点。

3、氧化铟作为一种n型半导体已被广泛应用于光催化转化，其具有较窄带隙(约2.8ev)、高导电率、良好的稳定性和耐光腐蚀性性。由于其有丰富的氧空位和羟基，氧化铟能有效吸收和激活co2。另外，其导带和价带的位置满足驱动二氧化碳光催化还原的还原电位。然而原始in2o3的激活度较差，且只能吸收紫外区域的光。

技术实现思路

1、本发明目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种由无机重金属废液作为溶剂制备氧化铟负载me/g-c3n4光催化剂的制备方法，其制备工艺简单、条件温和易控、污染小，且可以有效利用无机废水，更加绿色环保。所制备的me/g-c3n4光催化剂具有二维片层结构。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：氧化铟负载me/g-c3n4光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤一、将尿素放入烘箱进行干燥，将含有重金属离子的无机废液的ph值调整为7；

4、步骤二、取一定量的尿素加入到一定量的无机废液中，磁力搅拌使其完全混合，制得反应原液备用；

5、步骤三、将反应原液装入氧化铝坩埚中，将氧化铝坩埚放入马弗炉中，加热后并保温一段之间，然后自然冷却至室温取出得到混合物；

6、步骤四、将混合物研磨后，进行洗涤抽滤，转移到烘箱中干燥，得到块体me/g-c3n4；

7、步骤五、将一定量的氧化铟和me/g-c3n4混合，并加入适量去离子水，超声处理一段时间，得到混合溶液；

8、步骤六、将混合溶液装入有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中水热反应一段时间后自然冷却至室温，得到混合产物；

9、步骤七、将混合产物离心分离，去除上层清液，剩余固体物质进行洗涤后，转移到烘箱中干燥，得到氧化铟负载me/g-c3n4光催化剂。

10、作为上述技术方案的优选，所述步骤二中尿素为15g和无机废液20ml；所述步骤五中氧化铟和me/g-c3n4的质量比为1-5：10。

11、作为上述技术方案的优选，所述步骤三中将氧化铝坩埚放入马弗炉中，在空气氛围中以5℃/min的升温速度加热到600℃，并保温3h，自然冷却至室温取出得到混合物；所述步骤四中混合物洗涤抽滤后在烘箱中60℃干燥8h，得到块体me/g-c3n4；所述步骤六中高压反应釜在130-160℃下水热反应8-12小时后自然冷却至室温得到混合产物。

12、作为上述技术方案的优选，所述步骤一中的无机废液包含有铁离子、钴离子、铜离子、锰离子、镉离子、铅离子、镓离子、钛离子、锗离子、锡离子、铝离子、镁离子、镍离子、锌离子、银离子中的任意一种或者多种重金属离子。

13、作为上述技术方案的优选，所述步骤一中无机废液采用稀释法调节ph值。

14、作为上述技术方案的优选，所述步骤一中尿素放入烘箱之前进行预处理，预处理过程包括：使用研磨机将尿素研磨半小时获得尿素粉末。

15、作为上述技术方案的优选，所述步骤四中所述混合物进行洗涤的方法包括：依次采用去离子水和无水乙醇交替洗涤混合物3次。

16、氧化铟负载me/g-c3n4光催化剂，由上述制备方法制得。

17、本发明的有益效果是：

18、1.本制备方法使用无机重金属废液，有效提高了重金属废液的回收处理，节约了处理费用，具有经济效益，并提高了资源利用。采用一种简单的高温缩聚法制备出me/g-c3n4，再使用简单的水热合成法制备出一种高稳定性富含各种金属活性位点的in2o3-g-c3n4异质结光催化剂，具有优异光催化还原co2制甲醇活性甲醇选择性高达87.83％，二氧化碳转化率达到67.84％。主要原因为g-c3n4表面存在许多碱性活性位点和表面缺陷，可以诱导lewis碱性质从而实现无金属配位化学与催化，且g-c3n4的薄层结构使in2o3和金属离子分布均匀。另外，in2o3与g-c3n4形成紧密接触之后，由于他们的费米能级不同而发生电子迁移，形成s型异质结结构，界面处形成的内建电场能够有效促进光生电荷载流子的分离和迁移，并保持强氧化还原能力。而且内部负载微量单一或多种金属离子可以提供活性位点促进co2的吸附和活化。该方法具有制备工艺简单、条件温和易控、不污染环境、废液利用、具有高经济价值的特点。

19、2.本发明所制备的氧化铟负载me/g-c3n4光催化剂具有由二维片状g-c3n4组装而成的褶皱状结构，成分纯度高，氧化铟纳米离子大小均一且在me/g-c3n4片层上分散均匀，提高了光催化还原co2制甲醇的效果。

技术特征：

1.氧化铟负载me/g-c3n4光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的氧化铟负载me/g-c3n4光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤二中尿素为15g和无机废液为20ml；所述步骤五中氧化铟和me/g-c3n4的质量比为1-5：10。

3.如权利要求2所述的氧化铟负载me/g-c3n4光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤三中将氧化铝坩埚放入马弗炉中，在空气氛围中以10℃/min的升温速度加热到500℃，并保温3h，自然冷却至室温取出得到混合物；所述步骤四中混合物洗涤抽滤后在烘箱中60℃干燥8h，得到块体me/g-c3n4；所述步骤六中高压反应釜在130-160℃下水热反应8-12小时后自然冷却至室温得到混合产物。

4.如权利要求3所述的氧化铟负载me/g-c3n4光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的无机废液包含有铁离子、钴离子、铜离子、锰离子、镉离子、铅离子、镓离子、钛离子、锗离子、锡离子、铝离子、镁离子、镍离子、锌离子、银离子中的任意一种或者多种重金属离子。

5.如权利要求3所述的氧化铟负载me/g-c3n4光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一中无机废液采用稀释法调节ph值。

6.如权利要求3所述的氧化铟负载me/g-c3n4光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一中尿素放入烘箱之前进行预处理，预处理过程包括：使用研磨机将尿素研磨半小时获得尿素粉末。

7.如权利要求3所述的氧化铟负载me/g-c3n4光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤四中所述混合物进行洗涤的方法包括：依次采用去离子水和无水乙醇交替洗涤混合物3次。

8.氧化铟负载me/g-c3n4光催化剂，其特征在于，由如权利要求1-7中任意一项的制备方法制得。

技术总结
本发明公开了氧化铟负载Meg‑C3N4光催化剂及其制备方法，制备方法包括：干燥尿素，调整含有重金属离子的无机废液的PH值；将尿素加入到无机废液中，搅拌制得反应原液；将反应原液装入氧化铝坩埚中，加热后冷却得到混合物；将混合物研磨后，进行洗涤抽滤，干燥，得到块体Me/g‑C3N4；将氧化铟和Me/g‑C3N4混合，加入去离子水，超声后得到混合溶液；将混合溶液水热反应，得到混合产物；将混合产物离心分离，固体物质进行洗涤后干燥，得到氧化铟负载Me/g‑C3N4光催化剂。本发明具有制备工艺简单、条件温和易控、不污染环境、废液利用、具有高经济价值的特点。制得的氧化铟负载Me/g‑C3N4光催化剂具有由二维片状g‑C3N4组装而成的褶皱状结构，具有优异的光催化还原CO<subgt;2</subgt;制甲醇性能。

技术研发人员：向军辉,席哓雪
受保护的技术使用者：优澎（嘉兴）新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16