一种改性氮化碳的制备方法及其在双氧水人工光合成中的应用

本发明属于光催化，特别涉及一种改性氮化碳的制备方法及其在双氧水人工光合成中的应用。

背景技术：

1、随着全球经济的快速发展，能源的使用量也越来越高，环境问题和能源问题已经成为人类发展所不得不面对的问题。经济的发展需要消耗能源，而全球消耗的能源主要以化石燃料为主，这就使得温室气体的排放过多，打破了原来的大气平衡。温室气体的排放增多，引起了气候变暖，虽然增加的温度不多，对全球的影响却是极大。全球变暖会使得原有的生态系统发生改变，动植物的生存环境会变化，自然界已形成的食物链会断裂，一些物种可能会灭绝。两极的冰川融化加快，融化的水汇入海洋，导致海平面上升，会淹没一些海平面较低的岛屿。全球变暖还导致了极端天气的发生，气候变化是当今全球面临的重大挑战之一。

2、过氧化氢在化工、医药、环保等领域具有广泛的应用，常作为氧化剂、漂白剂和消毒剂。工业上生产过氧化氢的方法包括蒽醌法、电解法、异丙醇法、氢氧直接合成法等。其中，电解法是早期生产过氧化氢的方法，优点是效率高和流程简单，缺点是能耗高，成本高，目前已经很少采用了。异丙醇法需要消耗大量的异丙醇，已被淘汰。氢氧直接合成法具有过程简单，生产成本低的优点，但技术还不成熟，未能大规模生产。蒽醌法是最为成熟的方法，工业中，95％的过氧化氢由蒽醌法制得。蒽醌法常用2-乙基蒽醌、重芳烃和磷酸三辛酯组成的有机溶液作为工作液，工作液经过氢化、氧化等处理来制得过氧化氢。在生产过程中不免的会产生废气和废液。废气的主要成分为过氧化氢蒸汽、芳烃蒸汽、水蒸汽、氮气、氧气等。有害物质主要是含芳烃的蒸汽，化学成分为三甲苯异构体，这种化学物质浓度过高时，人体不慎吸入会引起中枢神经系统机能紊乱，产生头晕、呕吐恶心、全身乏力、精神恍惚等，严重时将会致人死亡。废液主要是不能再次利用的工作液。这些污染物会破环环境，带来更严重的环境问题。利用光催化制备过氧化氢是一种环保无污染的方法，近些年引起了人们的广泛关注。

3、光催化是利用太阳能作为能源，而太阳能是清洁无污染的，可以缓解环境污染问题。其中，氮化碳由于其独特的结构在光催化领域有广阔的前景，但是它的吸收光谱较窄，光生载流子的快速复合等限制因素导致了它的催化性能不高。

技术实现思路

1、为了解决氮化碳催化性能不高的问题，本发明提供了一种改性氮化碳的制备方法，该方法通过尿素和硫脲共聚，以氯化钾为模板，实现了氮化碳的硫钾共掺杂，增强了氮化碳的光吸收范围和载流子的分离效率，进而达到提升氮化碳光催化性能的效果。

2、本发明还提供了一种改性氮化碳的制备方法在双氧水人工光合成中的应用。

3、本发明通过以下技术方案实现：

4、本发明提供一种改性氮化碳的制备方法，所述制备方法包括：

5、将尿素、硫脲和氯化钾按质量比10：5：3混合后进行研磨，获得混合物；

6、将所述混合物于450-580℃下进行煅烧，后冷却、研磨，获得煅烧产物；

7、将所述煅烧产物进行洗涤，除去多余k+离子，后进行干燥、研磨，获得改性氮化碳。

8、进一步的，所述将尿素、硫脲和氯化钾按质量比10：5：3混合后进行研磨，获得混合物，具体包括：

9、将尿素、硫脲和氯化钾按质量比10：5：3混合后，加入一定量乙醇进行研磨，获得混合物；

10、或者，将尿素、硫脲和氯化钾按质量比10：5：3混合，加水搅拌后进行超声处理，后置于干燥箱进行干燥，将所得固体进行研磨，获得混合物；

11、或者，将尿素、硫脲和氯化钾按质量比10：5：3混合，加水搅拌后进行超声处理，后采用旋转蒸发仪将溶液蒸干得到固体，将所得固体进行研磨，获得混合物。

12、进一步的，所述将所述混合物于450-580℃下进行煅烧，后冷却、研磨，获得煅烧产物，具体包括：

13、将所述混合物以每分钟5℃的速度升温至450-580℃，保温2～6h后自然降温至室温，后进行研磨，获得煅烧产物。

14、进一步的，所述将所述煅烧产物进行洗涤，除去多余k+离子，具体包括：

15、向所述煅烧产物中加入沸水，于85℃水浴中水洗1h，后用沸水进行抽滤，除去所述煅烧产物中多余k+离子；

16、其中，沸水温度为80-90℃。

17、进一步的，所述将所述煅烧产物进行洗涤，除去多余k+离子，后进行干燥、研磨，获得改性氮化碳，具体包括：

18、将所述煅烧产物进行洗涤，除去多余k+离子，后于80℃下真空干燥12h，经研磨，获得改性氮化碳。

19、进一步的，所述将尿素、硫脲和氯化钾按质量比10：5：3混合，加水搅拌后进行超声处理，后置于干燥箱进行干燥，将所得固体进行研磨，获得混合物，具体包括：

20、将尿素、硫脲和氯化钾按质量比10：5：3混合，加水以500r搅拌30min，超声处理30min，后置于鼓风干燥箱干燥10h，将所得固体进行研磨，获得混合物。

21、进一步的，所述将尿素、硫脲和氯化钾按质量比10：5：3混合，加水搅拌后进行超声处理，后采用旋转蒸发仪将溶液蒸干得到固体，将所得固体进行研磨，获得混合物，具体包括：

22、将尿素、硫脲和氯化钾按质量比10：5：3混合，加水以500r搅拌30min，超声处理30min，后采用旋转蒸发仪将溶液蒸干得到固体，将所得固体进行研磨，获得混合物。

23、基于同一发明构思，本发明还提供一种改性氮化碳，所述改性氮化碳通过上述一种改性氮化碳的制备方法制得。

24、基于同一发明构思，本发明还提供一种改性氮化碳的制备方法在双氧水人工光合成中的应用。

25、基于同一发明构思，本发明还提供一种改性氮化碳在光催化合成双氧水中的应用。

26、本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

27、1.本发明一种改性氮化碳的制备方法，该方法通过尿素和硫脲共聚，以氯化钾为模板，实现了氮化碳的硫钾共掺杂，其中，硫元素掺杂可以提升氮化碳的光吸收范围，钾元素掺杂能够提升氮化碳的载流子分离效率，硫和钾的协同作用最终达到了提升氮化碳光催化性能的效果。

28、2.本发明一种改性氮化碳，采用硫脲、尿素与氯化钾原位制备出的硫钾共掺杂的改性氮化碳，相对于纯氮化碳具有更广的光吸收范围和更优的光催化性能，将其应用于过氧化氢的光合成，催化性能为纯氮化碳的60倍。

技术特征：

1.一种改性氮化碳的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种改性氮化碳的制备方法，其特征在于，所述将尿素、硫脲和氯化钾按质量比10：5：3混合后进行研磨，获得混合物，具体包括：

3.根据权利要求1所述的一种改性氮化碳的制备方法，其特征在于，所述将所述混合物于450-580℃下进行煅烧，后冷却、研磨，获得煅烧产物，具体包括：

4.根据权利要求1所述的一种改性氮化碳的制备方法，其特征在于，所述将所述煅烧产物进行洗涤，除去多余k+离子，具体包括：

5.根据权利要求1或4所述的一种改性氮化碳的制备方法，其特征在于，所述将所述煅烧产物进行洗涤，除去多余k+离子，后进行干燥、研磨，获得改性氮化碳，具体包括：

6.根据权利要求2所述的一种改性氮化碳的制备方法，其特征在于，所述将尿素、硫脲和氯化钾按质量比10：5：3混合，加水搅拌后进行超声处理，后置于干燥箱进行干燥，将所得固体进行研磨，获得混合物，具体包括：

7.根据权利要求2所述的一种改性氮化碳的制备方法，其特征在于，所述将尿素、硫脲和氯化钾按质量比10：5：3混合，加水搅拌后进行超声处理，后采用旋转蒸发仪将溶液蒸干得到固体，将所得固体进行研磨，获得混合物，具体包括：

8.一种改性氮化碳，其特征在于，所述改性氮化碳通过如权利要求1-7中任意一项所述的一种改性氮化碳的制备方法制得。

9.如权利要求1-7中任意一项所述的一种改性氮化碳的制备方法在双氧水人工光合成中的应用。

10.如权利要求8所述的一种改性氮化碳在光催化合成双氧水中的应用。

技术总结
本发明提供了一种改性氮化碳的制备方法，属于光催化技术领域，所述制备方法包括：将尿素、硫脲和氯化钾按质量比10：5：3混合后进行研磨，获得混合物；将所述混合物于450‑580℃下进行煅烧，后冷却、研磨，获得煅烧产物；将所述煅烧产物进行洗涤，除去多余K<supgt;+</supgt;离子，后进行干燥、研磨，获得改性氮化碳。该方法通过尿素和硫脲共聚，以氯化钾为模板，实现了氮化碳的硫钾共掺杂，增强了氮化碳的光吸收范围和载流子的分离效率，进而达到提升氮化碳光催化性能的效果。本发明还提供了一种改性氮化碳的制备方法在双氧水人工光合成中的应用。

技术研发人员：张启涛,李俊青,涂颖,陈超,韩成
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15