CN104984755A - 一种NaBH4在提高Ag/g-C3N4纳米复合材料可见光催化活性上的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种NaBH4在提高Ag/g-C3N4纳米复合材料可见光催化活性上的应用。在有NaBH4存在条件下，Ag/g-C3N4纳米复合材料作为催化剂，在可见光下降解甲基橙染料时，其降解速率达0.3870min-1；在可见光下降解中性深黄GL染料时，其降解速率为0.2694min-1；在可见光下降解亚甲基蓝染料时，其降解速率是0.0763min-1，均极大地提高了染料的降解速率，具有明显优异的可见光催化降解效果。

Description

一种NaBH4在提高Ag/g-C3N4纳米复合材料可见光催化活性上的应用
技术领域
本发明涉及一种NaBH4的应用，特别是一种NaBH4在提高Ag/g-C3N4纳米复合材料可见光催化活性上的应用，属于降解有机污染物应用领域。
背景技术
环境污染与能源危机是当今世界困扰人类的两大难题。出于对化石燃料即将枯竭以及因化石燃料燃烧引发的一系列环境污染问题的担忧，因而如何利用可再生资源治理环境问题引了越来越多研究者们的注意，纳米半导体光催化技术应运而生。g-C3N4作为类石墨烯材料的典型代表，能够吸收可见光，化学稳定性和热稳定性强，此外还具有无毒、来源丰富、制备成型工艺简单等特点，成为目前光催化领域研究的新宠。但纯g-C3N4的能带约2.7eV，其导带能级位于-1.3V，光生电子可以将催化剂表面吸附的氧气氧化为超氧离子自由基(O2 ·-)，而价带能级位于1.4V，产生的光生空穴不能将水氧化成羟基自由基(·OH)，而O2 ·-和·OH是降解有机污染物的关键活性物种，因此活性物种的减少大大降低了催化剂的催化活性。同时g-C3N4本身光生电子和空穴分离效率比较低，其可见光催化活性也受到了一定的限制。为了提高g-C3N4的催化活性，研究者们采用了各种改性方法。
Xiaojuan Bai等采用热回流法制备Ag与g-C3N4的核壳复合材料，在可见光下降解甲基蓝(MB)和析氢反应，与纯g-C3N4相比，AgC3N4显示了较高的光催化活性[Bai X,Zong R,Li C,et al.Enhancement of visible photocatalytic activity via AgC3N4 core–shell plasmonic composite[J].Applied Catalysis B:Environmental,2014,147:82-91.]。Lei Ge等将处理后的g-C3N4与Ag的前驱体AgNO3混合后，通过红外蒸发和中温焙烧得到Ag/g-C3N4复合物，其在可见光下对MO具有良好的降解效果[Ge L,Han C,Liu J,et al.Enhanced visible light photocatalytic activity of novel polymeric g-C3N4 loaded with Ag nanoparticles[J].Applied Catalysis A:General,2011,409:215-222.]。这些都是通过提高g-C3N4光生电子和空穴的分离效率来提高催化活性，但其催化剂的用量及降解率还有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种NaBH4在提高Ag/g-C3N4纳米复合材料可见光催化活性上的应用。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种NaBH4在提高Ag/g-C3N4纳米复合材料可见光催化活性上的应用，所述的应用是将NaBH4和Ag/g-C3N4纳米复合材料用于染料降解中，其中，NaBH4的添加量为Ag/g-C3N4纳米复合材料质量的5～15倍；Ag/g-C3N4纳米复合材料添加量与染料的质量比为0.2％～1％。
进一步的，所述Ag/g-C3N4纳米复合材料中含银量为1～8wt.％。
与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：大大降低了催化剂的用量，提高了可见光下的催化活性。
附图说明
图1是本发明实例4所制备的Ag/g-C3N4复合物的透射电镜(a)和场发射扫描电镜(b)。
图2是本发明实例6，5，4，3，2，1所制备的Ag/g-C3N4复合物的XRD衍射谱图(a)、傅里叶红外谱图(b)。
图3分别是本发明实例6，5，4，3，2，1所制备的Ag/g-C3N4复合物可见光降解MO的准一级反应动力学曲线。
图4分别是本发明实例4所制备的Ag/g-C3N4复合物可见光降解MB的准一级反应动力学曲线。
图5分别是本发明实例4所制备的Ag/g-C3N4复合物可见光降解GL的准一级反应动力学曲线。
图6为本发明Ag/g-C3N4复合材料在NaBH4存在条件下可见光降解染料的光催化性能机理图。
具体实施方式
本发明制备出的Ag/g-C3N4复合材料作为催化剂在NaBH4存在条件下可见光降解染料具有优异的光催化性能，这主要归因于在NaBH4溶液存在条件下，Ag/g-C3N4纳米复合物不仅能够直接降解有机染料，还可以催化氧化BH4 -，释放出大量电子，电子可以和催化剂表面吸附的氧气反应形成O2 ·-，从而进一步提高催化活性，其机理如图6所示。
本发明Ag/g-C3N4复合材料的制备步骤及降解过程如下：
第一步：将C3N4在去离子水中进行超声分散12～24h，得到g-C3N4分散液；
第二步，将AgNO3溶液滴入第一步分散液中搅拌30～60min，再滴入NaBH4溶液搅拌60～90min。
第三步，将第二步所得的混合体系，在温度60～80℃条件下，搅拌120～360min；
第四步，将第三步所得反应体系搅拌降温至室温，并冷冻干燥，制得Ag/g-C3N4复合材料。
第五步，称取适量Ag/g-C3N4于光催化管中，加入染料，暗室搅拌30min，再加入50～250μL NaBH4溶液(0.1mg/μL)，在可见光下反应。
实施实例1：
第一步：将100mg C3N4在去离子水中进行超声分散24h，得到g-C3N4分散液；
第二步，将含Ag量为1mg的AgNO3溶液滴入第一步分散液中搅拌30min，再滴入20μL NaBH4溶液(0.3mg/μL)，搅拌60min。
第三步，将第二步所得的混合体系，在温度60℃条件下，搅拌360min；
第四步，将第三步所得反应体系搅拌降温至室温，并冷冻干燥，制得ACN-1复合材料。
第五步，称取1mg ACN-1于光催化管中，加入50mL染料(10mg/L)，暗室搅拌30min，再加入100μL NaBH4溶液，在可见光下反应。
结果如图3，在可见光下降解甲基橙(MO)染料时，其降解速率达0.0726min-1。
实施实例2：
第一步：将50mg C3N4在去离子水中进行超声分散12h，得到g-C3N4分散液；
第二步，将含Ag量为1mg的AgNO3溶液滴入第一步分散液中搅拌30min，再滴入20μL NaBH4溶液(0.3mg/μL)，搅拌60min。
第三步，将第二步所得的混合体系，在温度60℃条件下，搅拌240min；
第四步，将第三步所得反应体系搅拌降温至室温，并冷冻干燥，制得ACN-2复合材料。
第五步，称取1mg ACN-2于光催化管中，加入50mL染料(10mg/L)，暗室搅拌30min，再加入150μL NaBH4溶液，在可见光下反应。
结果如图3，在可见光下降解甲基橙(MO)染料时，其降解速率达0.0782min-1。
实施实例3：
第一步：将100mg C3N4在去离子水中进行超声分散24h，得到g-C3N4分散液；第二步，将含Ag量为3mg的AgNO3溶液滴入第一步分散液中搅拌60min，再滴入60μL NaBH4溶液(0.3mg/μL)，搅拌90min。
第三步，将第二步所得的混合体系，在温度70℃条件下，搅拌240min；
第四步，将第三步所得反应体系搅拌降温至室温，并冷冻干燥，制得ACN-3复合材料。
第五步，称取1mg ACN-3于光催化管中，加入50mL染料(10mg/L)，暗室搅拌30min，再加入150μL NaBH4溶液，在可见光下反应。
结果如图3，在可见光下降解甲基橙(MO)染料时，其降解速率达0.1445min-1；。
实施实例4：
第一步：将50mg C3N4在去离子水中进行超声分散18h，得到g-C3N4分散液；
第二步，将含Ag量为2mg的AgNO3溶液滴入第一步分散液中搅拌60min，再滴入40μL NaBH4溶液(0.3mg/μL)，搅拌60min。
第三步，将第二步所得的混合体系，在温度80℃条件下，搅拌360min；
第四步，将第三步所得反应体系搅拌降温至室温，并冷冻干燥，制得ACN-4复合材料。
第五步，称取1mg ACN-4于光催化管中，加入50mL染料(10mg/L)，暗室搅拌30min，再加入150μL NaBH4溶液，在可见光下反应。
经透射电镜、场发射扫描电镜；XRD衍射、红外表征，成功制备出Ag/g-C3N4复合材料。如图1，2所示。
结果如图3，在可见光下降解甲基橙(MO)染料时，其降解速率达0.3870min-1；如图4，在可见光下降解亚甲基蓝(MB)染料时，其降解速率是0.0763min-1；如图5，在可见光下降解中性深黄GL染料时，其降解速率达0.2696min-1。在ACN-4复合材料使用3次后，其催化活性几乎没有发生变化，说明其在可见光照射下，具有很好的稳定性。
实施实例5：
第一步：将50mg C3N4在去离子水中进行超声分散18h，得到g-C3N4分散液；
第二步，将含Ag量为3mg的AgNO3溶液滴入第一步分散液中搅拌60min，再滴入60μL NaBH4溶液(0.3mg/μL)，搅拌70min。
第三步，将第二步所得的混合体系，在温度60℃条件下，搅拌240min；
第四步，将第三步所得反应体系搅拌降温至室温，并冷冻干燥，制得ACN-6复合材料。
第五步，称取1mg ACN-6于光催化管中，加入50mL染料(10mg/L)，暗室搅拌30min，再加入150μL NaBH4溶液，在可见光下反应。
结果如图3，在可见光下降解甲基橙(MO)染料时，其降解速率达0.2315min-1。
实施实例6：
第一步：将50mg C3N4在去离子水中进行超声分散24h，得到g-C3N4分散液；
第二步，将含Ag量为4mg的AgNO3溶液滴入第一步分散液中搅拌60min，再滴入40μL NaBH4溶液(0.3mg/μL)，搅拌90min。
第三步，将第二步所得的混合体系，在温度60℃条件下，搅拌240min；
第四步，将第三步所得反应体系搅拌降温至室温，并冷冻干燥，制得ACN-8复合材料。
第五步，称取1mg ACN-8于光催化管中，加入50mL染料(10mg/L)，暗室搅拌30min，再加入150μL NaBH4溶液，在可见光下反应。
结果如图3，在可见光下降解甲基橙(MO)染料时，其降解速率达0.1957min-1。

Claims (3)

1.一种NaBH4在提高Ag/g-C3N4纳米复合材料可见光催化活性上的应用。
2.如权利要求1所述的NaBH4在提高Ag/g-C3N4纳米复合材料可见光催化活性上的应用，其特征在于，所述的应用是将NaBH4和Ag/g-C3N4纳米复合材料用于染料降解中，其中，NaBH4的添加量为Ag/g-C3N4纳米复合材料质量的5～15倍；Ag/g-C3N4纳米复合材料与染料的质量比为0.2％～1％。
3.如权利要求1所述的NaBH4在提高Ag/g-C3N4纳米复合材料可见光催化活性上的应用，其特征在于，所述Ag/g-C3N4纳米复合材料中含银量为1～8wt.％。
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