CN103657719A - 一种石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料及其制备方法，工艺过程如下：将石墨相氮化碳分散在介质中，0-10°C下搅拌30分钟，得到石墨相氮化碳分散液，在搅拌条件下将吡咯逐滴加入石墨相氮化碳分散液中，得到混合溶液，0-10°C下搅拌30分钟，将配置好的引发剂溶液滴加至上述混合溶液中，0-10°C下搅拌反应10小时，所得产物洗涤数次，真空干燥后即得到石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料。本发明的优点在于制备工艺简单，成本低，易于大规模工业化生产，该石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料具有良好的环境稳定性，对一定浓度的有机染料罗丹明B具有较好的降解效果，可应用于污染废水的处理。
Description
技术领域
本发明属于复合材料和光催化领域，涉及一种复合光催化剂及其制备方法，具体指一种石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料及其制备方法。
背景技术
近年来，石墨相氮化碳作为一种非金属光催化剂引起人们的巨大关注。它的结构与石墨相似，层间以C3N4或C6N7环组成，层与层之间以弱范德华力作用。它强大的C-N共价键保证其在周围环境下具有高度的热稳定性和化学稳定性。它的组成元素C,N是地球上储量最丰富的，且具有制备简易性。而作为光催化剂，其最大特点是具有窄的禁带宽度2.7ev。
但是石墨相氮化碳进行光催化时，因其光致产生的电子空穴对易于快速复合，降低了光催化效率，限制其在光催化领域的进一步应用。为了克服上述缺陷，提出两种解决方法，一是利用原子进行掺杂，如S. C. Yan等人（Langmuir，2010，26（6），3894-3901）利用硼原子掺杂，改变其电子带结构，提高了罗丹明B的降解率。二是与金属氧化物复合，如Xiaoxiang Xu等人（International Journal of Hydrogen Energy, 2011,36,13501-13507）将石墨相氮化碳与SrTiO3进行复合，这种复合光催化剂具有良好的结合界面，有效分离光致产生的电子和空穴，减少电子和空穴的复合率，提高了催化效率。
聚吡咯具有优良的导电性能，窄禁带宽度，良好环境稳定性和可成型性，通过取代基的变化，性能可以调变，且与其它导电聚合物相比，可在水中通过化学氧化聚合法制备得到。但对与聚吡咯进行复合的光催化剂研究相对较少。目前主要有张蕾等（中国粉体技术，2012,18,18-22）制备出聚吡咯/TiO2复合材料，这种复合光催化剂对有机染料具有较高的催化活性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料及其制备方法，以降代成本，提高可加工性。
为了解决以上技术问题，本发明以石墨相氮化碳，吡咯为原料，过硫酸铵为引发剂，在0-10°C下磁力搅拌混合，利用原位沉积氧化聚合方法制备石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料，具体技术方案如下：
一种石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料，其特征在于：所述复合光催化材料由石墨相氮化碳和聚吡咯原位复合而成，所述复合光催化材料在紫外光照射300分钟后，罗丹明B降解率为87%。
根据所述一种石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料的制备方法，其特征在于包括如下具体步骤：
步骤一，将研磨或超声细化的石墨相氮化碳分散在含分散介质的反应器中，维持温度0-10℃，磁力搅拌30分钟，得到石墨相氮化碳分散液；
步骤二，温度0-10℃下，将吡咯逐滴加入所述石墨相氮化碳分散液中，磁力搅拌30分钟，得混合溶液一；
步骤三，氮气保护磁力搅拌条件下，将配制好的氧化剂溶液逐滴加入至所述述混合溶液一中，维持0-10℃的反应温度，得混合溶液二；所述氧化剂为过硫酸盐；
步骤四，所述混合溶液二在磁力搅拌条件下持续反应10小时，反应温度0-10℃，所得产物用无水乙醇洗涤3次后真空干燥即得目标产物即石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料。
所述步骤二中石墨型氮化碳分散液是以水为分散介质。
所述过硫酸盐优选过硫酸铵。
本发明具有有益效果。本发明将石墨相氮化碳和聚吡咯进行复合制备一种石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料，石墨相氮化碳因其具有强大的C-N共价键，而具有良好的热稳定性和化学稳定性，制备工艺简单，原料成本低廉，其最大特点是具有窄的禁带宽度，是一种具有潜在价值的非金属光催化剂。聚吡咯具有优良的导电性能和窄禁带宽度，同时又能在水中进行聚合。本发明将二者复合，不仅可以提高光催化活性，又可改善石墨相氮化碳在有机基质上的分散性和成型性，制备方法简单易行，可适用于大规模生产。
附图说明
图1为本发明的扫描电子显微镜图；
图2为本发明的紫外可见漫反射光谱图；
图3为本发明在不同紫外紫外光照射时间下对5mg/L罗丹明B光催化降解曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实例进一步阐明本发明内容，但这些实施例并不限制本发明的保护范围。
实施例1
将0.5g石墨相氮化碳加入装有10g去离子水的三口烧瓶中，在10°C下磁力搅拌30分钟，然后向上述石墨相氮化碳分散液中加入0.005g吡咯，在10°C下磁力搅拌30分钟，将1g过硫酸铵溶液（含0.12gAPS）逐滴加入混合溶液中进行原位沉积氧化聚合反应，在10°C下磁力搅拌下反应10h，所得产物用乙醇洗涤3次后真空干燥。
图1为该实施例所制备出的石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料的扫描电子显微镜图，从图中可看出，引入聚吡咯后，聚吡咯粒子是沉积在石墨相氮化碳粒子表面上的。
实施例2
将0.5g石墨相氮化碳加入装有10g去离子水的三口烧瓶中，在0°C下磁力搅拌30分钟，然后向上述石墨相氮化碳分散液中加入0.015g吡咯，在0°C下磁力搅拌30分钟，将1g过硫酸铵溶液（含0.12gAPS）逐滴加入混合溶液中进行原位沉积氧化聚合反应，在0°C下磁力搅拌下反应10h，将所得产物用乙醇洗涤3次后真空干燥。
图2为该实施例所制备出的石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料的紫外可见漫反射光谱图，从图中可看出，复合光催化剂在可见光区域比纯石墨相氮化碳具有更强的吸收，发生红移。这主要是纯聚吡咯的引入导致产生的。
本发明所制备的石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料被用于有机染料罗丹明B的光催化降解实验，具体过程和步骤如下：
将0.02g的石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料分散于100ml 5mg/L的罗丹明B的溶液中，搅拌均匀后将分散液转移至紫外灯光催化仪的玻璃中，黑暗条件下搅拌90分钟使其达到吸附平衡，打开光源，每隔30分钟用注射器抽取5mL，转移至有标记的离心管中，照射一定时间后，关闭紫外灯源，将离心管中的样品离心分离，收集离心后的上清液，进一步转移至石英比色皿中，在紫外-可见分光光度计上测定不同光催化时间下的吸光度，从而得到石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料在不同紫外紫外光照射时间下对5mg/L罗丹明B光催化降解曲线图。
图3为实施例1制备的石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料在紫外光照射下对对5mg/L罗丹明B光催化降解曲线图，从图3中看出，该复合光催化剂在紫外光照射300分钟后，罗丹明B降解率为87%。而纯的石墨相氮化碳在紫外光照射300分钟后，对罗丹明的降解率为54%。
Claims (4)
1.一种石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料，其特征在于：所述复合光催化材料由石墨相氮化碳和聚吡咯原位复合而成，所述复合光催化材料在紫外光照射300分钟后，罗丹明B降解率为87%。
2.如权利要求1所述一种石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料的制备方法，其特征在于包括如下具体步骤：
步骤一，将研磨或超声细化的石墨相氮化碳分散在含分散介质的反应器中，维持温度0-10℃，磁力搅拌30分钟，得到石墨相氮化碳分散液；
步骤二，温度0-10℃下，将吡咯逐滴加入所述石墨相氮化碳分散液中，磁力搅拌30分钟，得混合溶液一；
步骤三，氮气保护磁力搅拌条件下，将配制好的氧化剂溶液逐滴加入至所述述混合溶液一中，维持0-10℃的反应温度，得混合溶液二；所述氧化剂为过硫酸盐；
步骤四，所述混合溶液二在磁力搅拌条件下持续反应10小时，反应温度0-10℃，所得产物用无水乙醇洗涤3次后真空干燥即得目标产物即石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料。
3.如权利要求2所述一种石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料制备方法其特征在于：所述步骤二中石墨型氮化碳分散液是以水为分散介质。
4.如权利要求2所述一种石墨相氮化碳/聚吡咯复合光催化材料制备方法其特征在于：所述过硫酸盐优选过硫酸铵。
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