CN105170172A - 以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂 - Google Patents
以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105170172A CN105170172A CN201510631213.9A CN201510631213A CN105170172A CN 105170172 A CN105170172 A CN 105170172A CN 201510631213 A CN201510631213 A CN 201510631213A CN 105170172 A CN105170172 A CN 105170172A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- visible light
- urea
- property visible
- reducing
- strong reducing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
本发明提供了一种以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂及其制备方法，属于光催化和环保领域。本发明制得的强还原性可见光响应光催化剂是以制得的g-C3N4为载体，以硼氢化钠为还原剂，将纳米铁负载到g-C3N4片上制得的。所制得的催化剂能够利用活性纳米铁还原水中的重金属离子，并进一步产生沉降，同时能够利用g-C3N4在光照条件下氧化水体中的有机污染物，实现对重金属离子和有机污染物的有效兼顾处理。其制备方法简单，原料易得，成本低廉，水处理效率高，具有良好的经济效益和环境效益，能够被很好地投入规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于环境及材料领域，具体涉及一种以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂及其制备方法。
背景技术
重金属和有机物水污染的两个重要来源，已成为人类健康和生态环境安全的严重威胁。水体中的重金属污染，一般都是汞（Hg）、铅（Pb）、镉（Cd）、锌（Zn）、砷（As）等元素在水中的含量超标引起的，其污染具有毒性大、致毒剂量低、易累积、难降解、难治理等特点，因而是目前环境监测和治理的焦点。而有机污染物与重金属污染物相比，其在水中的存在时间长、范围广、难分解，而且通常都有毒、致癌以及消耗水体中的溶解氧等，对环境和人体带来严重危害。
类石墨氮化碳（g-C3N4）作为一种新型的半导体材料，具有类似于石墨的层状结构，由于其带隙较窄（Eg=2.70eV），对可见光响应，而且具有较高的化学稳定性、容易改性和有较高的光催化性能等优点，受到光催化领域的广泛关注。然而以g-C3N4为主的可见光催化剂虽然对有机污染物有显著的降解作用，然而却无法兼顾处理废水中的重金属离子。
公开号为CN102247877A的专利公开了以尿素为主要原料，以Fe源、Cu源、Zn源等为改性剂，利用浸渍法对C3N4进行金属离子改性，金属离子吸附在C3N4的表面，抑制了光生电荷的复合，因此，制备的该可见光催化剂具有较高的光催化性能；然而该催化剂对废水中重金属离子的吸附能力很小。导致采用该催化剂对废水中的有机物进行处理后，还需进行重金属离子的处理，增加了操作步骤。
目前，纳米技术治理水体污染一直受到国内外广泛关注，其中，纳米铁因其高反应性、无害性而被广泛应用到水污染治理当中。然而，由于纳米铁具有较高的表面能，它在实际应用中容易氧化、集聚，抑制了纳米铁的反应活性，从而降低了其对水中污染物的降解效率。
在类石墨氮化碳（g-C3N4）上负载纳米铁，一方面有利于纳米铁的分散，保持其还原活性，可将污水中的重金属离子还原，进而使其发生沉积，而负载纳米铁有利于半导体光催化剂类石墨氮化碳（g-C3N4）表面的电子-空穴的分离，提高其光催化性能。另一方面，半导体光催化剂类石墨氮化碳（g-C3N4）在可见光照射下产电子和空穴，在半导体表面发生氧化还原反应，使污水中的有机物降解，同时，类类石墨氮化碳（g-C3N4）产生的光生电子可将负载在上面被氧化的铁离子还原，从而实现纳米铁的循环使用。
通过类石墨氮化碳（g-C3N4）上负载纳米铁，不仅可以对两种物质的性能起到相互促进的作用，而且实现了一种催化剂同时可循环地处理污水中有机物和重金属离子的效果。
本发明所涉及的主要原材料尿素在我的产量巨大，所使用的制备方法简单且不涉及复杂设备，有效地兼顾解决了有机物污染和重金属离子污染的问题，环境效益著，具有很好的推广应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂及其制备方法。本发明所制得的强还原性可见光响应光催化剂能够在可见光条件下，兼顾处理水中的重金属离子和有机污染物，简化了废水处理步骤，适合在自然环境中使用；其制备方法简单，成本低廉，处理效率高，具有良好的经济效益和环境效益，能够被很好地投入规模化生产。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂，其中，片状g-C3N4与纳米铁的质量比为100:0.5~2。
以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂的制备方法：将尿素研磨煅烧后得到块体g-C3N4，再进行超声水浴处理，干燥后得到片状g-C3N4；之后按将片状g-C3N4和氯化铁加入到乙醇溶液中进行混合，再使用硼氢化钠溶液对其进行液相还原，经过离心、洗涤、干燥后，即得负载有纳米铁的强还原性可见光响应光催化剂。
以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将尿素放入研钵中研磨粉碎，以4℃/min的升温速度升至550℃，再保温4h，得到块体g-C3N4；
（2）将块体g-C3N4加入到甲醇溶液中，在超声处理1h后，在68℃的水浴温度下，经过磁力搅拌、回流3h后，以甲醇洗涤过滤，并放入80℃的烘箱中干燥12h得到片状g-C3N4；
（3）将氯化铁加入到乙醇溶液中，再加入片状g-C3N4，搅拌2h得到悬浊液；
（4）将硼氢化钠溶解在一定量的水中，再加入乙醇溶液，得到硼氢化钠溶液；
（5）将步骤（4）所得到的硼氢化钠溶液加入到步骤（3）所得到的悬浊液中，搅拌1h，经过离心洗涤之后，放入80℃的烘箱中干燥12h，即得到强还原性可见光响应光催化剂；
步骤（4）硼氢化钠溶液的浓度为：10mg/ml；
一种如上所述的以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂的应用：用于回收废水中的重金属离子和降解废水中的有机污染物。
本发明的有益效果在于：
1）本发明制得的强还原性可见光响应光催化剂能够利用活性纳米铁还原水中的重金属离子，并进一步产生沉降，并利用g-C3N4在光照条件下氧化水体中的有机污染物，实现对重金属离子和有机污染物的有效兼顾处理；同时，由于有了g-C3N4做载体，大大减少了纳米铁在水中团聚，有效地提高了纳米铁的还原活性；而在g-C3N4上负载过度金属铁可以促进光生电子和空穴的分离，提高其催化效率。其制备方法简单，成本低廉，水处理效率高，具有良好的经济效益和环境效益，能够被很好地投入规模化生产；
2）低生产成本：主要原材料为尿素，其产量巨大，易于获得，成本很低，经济效益十分显著，能够实现规模化生产。
附图说明
图1为实施例1所得纳米Fe-C3N4强还原性可见光响应光催化剂的SEM图片；
图2为实施例1所得纳米Fe-C3N4强还原性可见光响应光催化剂的XRD图谱。
具体实施方式
本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。
实施例1
将尿素放入研钵中研磨粉碎，置于550℃条件下煅烧4h，将得到的块体g-C3N4，加入到甲醇溶液中，在超声处理1h后，水浴加热3h，以甲醇洗涤过滤，干燥后得到片状g-C3N4，按片状g-C3N4:纳米铁=100:0.5的质量比例称取氯化铁（FeCl3）和片状g-C3N4，搅拌2h得到悬浊液，将硼氢化钠乙醇溶液（10mg/ml）加入到所得到的悬浊液中，搅拌1h，经过离心、洗涤、干燥后即得到强还原性可见光响应光催化剂。
称量50mg制得的强还原性可见光响应光催化剂，加入到50ml的混合溶液（罗丹明B和CuCl2的浓度都为20ppm）中，采用疝气灯作为光源，用可见光滤光片使400-780nm的可见光通过滤波片，照射到样品上，一定时间后，通过紫外可见分光光度计测量混合溶液的吸收光谱，计算得出罗丹明B的分解率为99.1%，Cu2+的去除率为88.7%。
实施例2
将尿素放入研钵中研磨粉碎，置于550℃条件下煅烧4h，将得到的块体g-C3N4，加入到甲醇溶液中，在超声处理1h后，水浴加热3h，以甲醇洗涤过滤，干燥后得到片状g-C3N4，按g-C3N4:纳米铁=100:1的比例称取氯化铁（FeCl3）和片状g-C3N4，搅拌2h得到悬浊液，将硼氢化钠乙醇溶液（10mg/ml）加入到所得到的悬浊液中，搅拌1h，经过离心、洗涤、干燥后即得到强还原性可见光响应光催化剂。
称量50mg制得的强还原性可见光响应光催化剂，加入到50ml的混合溶液（罗丹明B和CuCl2的浓度都为20ppm）中，采用疝气灯作为光源，用可见光滤光片使400-780nm的可见光通过滤波片，照射到样品上，一定时间后，通过紫外可见分光光度计测量混合溶液的吸收光谱，计算得出罗丹明B的分解率为99.3%，Cu2+的去除率为89.5%。
实施例3
将尿素放入研钵中研磨粉碎，置于550℃条件下煅烧4h，将得到的块体g-C3N4，加入到甲醇溶液中，在超声处理1h后，水浴加热3h，以甲醇洗涤过滤，干燥后得到片状g-C3N4，按g-C3N4:纳米铁=100:1.5的比例称取氯化铁（FeCl3）和片状g-C3N4，搅拌2h得到悬浊液，将硼氢化钠乙醇溶液（10mg/ml）加入到所得到的悬浊液中，搅拌1h，经过离心、洗涤、干燥后即得到强还原性可见光响应光催化剂。
称量50mg制得的强还原性可见光响应光催化剂，加入到50ml的混合溶液（罗丹明B和CuCl2的浓度都为20ppm）中，采用疝气灯作为光源，用可见光滤光片使400-780nm的可见光通过滤波片，照射到样品上，一定时间后，通过紫外可见分光光度计测量混合溶液的吸收光谱，计算得出罗丹明B的分解率为98.2%，Cu2+的去除率为87.6%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (5)
1.一种以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂，其特征在于：片状g-C3N4与纳米铁的质量比为100:0.5~2。
2.一种如权利要求1所述的以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂的制备方法，其特征在于：将尿素研磨煅烧后得到块体g-C3N4，再进行超声水浴处理，干燥后得到片状g-C3N4；之后按将片状g-C3N4和氯化铁加入到乙醇溶液中进行混合，再使用硼氢化钠溶液对其进行液相还原，经过离心、洗涤、干燥后，即得负载有纳米铁的强还原性可见光响应光催化剂。
3.根据权利要求2所述的以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）将尿素放入研钵中研磨粉碎，以4℃/min的升温速度升至550℃，再保温4h，得到块体g-C3N4；
（2）将块体g-C3N4加入到甲醇溶液中，在超声处理1h后，在68℃的水浴温度下，经过磁力搅拌、回流3h后，以甲醇洗涤过滤，并放入80℃的烘箱中干燥12h得到片状g-C3N4；
（3）将氯化铁加入到乙醇溶液中，再加入片状g-C3N4，搅拌2h得到悬浊液；
（4）将硼氢化钠溶解在一定量的水中，再加入乙醇溶液，得到硼氢化钠溶液；
（5）将步骤（4）所得到的硼氢化钠溶液加入到步骤（3）所得到的悬浊液中，搅拌1h，经过离心洗涤之后，放入80℃的烘箱中干燥12h，即得到强还原性可见光响应光催化剂。
4.根据权利要求3所述的以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）硼氢化钠溶液的浓度为：10mg/ml。
5.一种如权利要求3所述的以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂的应用，其特征在于：用于回收废水中的重金属离子和降解废水中的有机污染物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510631213.9A CN105170172A (zh) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | 以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510631213.9A CN105170172A (zh) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | 以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105170172A true CN105170172A (zh) | 2015-12-23 |
Family
ID=54892881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510631213.9A Pending CN105170172A (zh) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | 以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105170172A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105536847A (zh) * | 2016-02-19 | 2016-05-04 | 浙江一清环保工程有限公司 | 一种水浴合成磁分离g-C3N4Fe3O4光催化剂的方法 |
| CN108380235A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-08-10 | 同济大学 | 一种石墨相氮化碳基非均相类芬顿催化剂的制备方法及其应用 |
| CN108947875A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-12-07 | 南通沃兰化工有限公司 | 一种2,4-二苯砜基苯酚的合成方法 |
| CN111875025A (zh) * | 2020-06-27 | 2020-11-03 | 同济大学 | 一种石墨烯型碳化氮负载纳米零价铁复合材料及其制备方法和应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102247877A (zh) * | 2011-05-18 | 2011-11-23 | 重庆工商大学 | 可见光催化剂的制备方法 |
| CN103586064A (zh) * | 2013-11-26 | 2014-02-19 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 金属/类石墨氮化碳复合物催化剂及其制备方法 |
| CN103736514A (zh) * | 2014-01-08 | 2014-04-23 | 阜阳师范学院 | 一种新颖的C3N4/ZnO/Fe2O3复合光催化剂的制备及应用 |
| CN103908977A (zh) * | 2013-01-04 | 2014-07-09 | 安徽大学 | 一种基于石墨相氮化碳磁性复合光催化材料的制备方法及应用 |
| JP5711582B2 (ja) * | 2011-03-28 | 2015-05-07 | 株式会社ダイセル | 光触媒、及びそれを用いた有機化合物の酸化方法 |
| CN104801329A (zh) * | 2015-05-08 | 2015-07-29 | 南昌航空大学 | 一种CdS量子点/超薄g-C3N4纳米片复合光催化剂及其制备方法 |
-
2015
- 2015-09-29 CN CN201510631213.9A patent/CN105170172A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5711582B2 (ja) * | 2011-03-28 | 2015-05-07 | 株式会社ダイセル | 光触媒、及びそれを用いた有機化合物の酸化方法 |
| CN102247877A (zh) * | 2011-05-18 | 2011-11-23 | 重庆工商大学 | 可见光催化剂的制备方法 |
| CN103908977A (zh) * | 2013-01-04 | 2014-07-09 | 安徽大学 | 一种基于石墨相氮化碳磁性复合光催化材料的制备方法及应用 |
| CN103586064A (zh) * | 2013-11-26 | 2014-02-19 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 金属/类石墨氮化碳复合物催化剂及其制备方法 |
| CN103736514A (zh) * | 2014-01-08 | 2014-04-23 | 阜阳师范学院 | 一种新颖的C3N4/ZnO/Fe2O3复合光催化剂的制备及应用 |
| CN104801329A (zh) * | 2015-05-08 | 2015-07-29 | 南昌航空大学 | 一种CdS量子点/超薄g-C3N4纳米片复合光催化剂及其制备方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105536847A (zh) * | 2016-02-19 | 2016-05-04 | 浙江一清环保工程有限公司 | 一种水浴合成磁分离g-C3N4Fe3O4光催化剂的方法 |
| CN108380235A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-08-10 | 同济大学 | 一种石墨相氮化碳基非均相类芬顿催化剂的制备方法及其应用 |
| CN108380235B (zh) * | 2018-04-17 | 2020-10-30 | 同济大学 | 一种石墨相氮化碳基非均相类芬顿催化剂的制备方法及其应用 |
| CN108947875A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-12-07 | 南通沃兰化工有限公司 | 一种2,4-二苯砜基苯酚的合成方法 |
| CN111875025A (zh) * | 2020-06-27 | 2020-11-03 | 同济大学 | 一种石墨烯型碳化氮负载纳米零价铁复合材料及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhou et al. | Enhanced degradation of triclosan in heterogeneous E-Fenton process with MOF-derived hierarchical Mn/Fe@ PC modified cathode | |
| Zhang et al. | Photocatalysis activation of peroxodisulfate over the supported Fe3O4 catalyst derived from MIL-88A (Fe) for efficient tetracycline hydrochloride degradation | |
| Huang et al. | Simultaneous removal of heavy metal ions and organic pollutant by BiOBr/Ti3C2 nanocomposite | |
| CN105056985B (zh) | g‑C3N4/氧化石墨烯/纳米铁可见光响应催化膜 | |
| Fan et al. | Biochar stabilized nano zero-valent iron and its removal performance and mechanism of pentavalent vanadium (V (V)) | |
| CN109607699A (zh) | 一种铁碳微电解填料及其制备方法 | |
| CN104628200B (zh) | 一种利用光电组合技术处理有机废水的方法 | |
| Qu et al. | A new insight of recycling of spent Zn–Mn alkaline batteries: synthesis of ZnxMn1− xO nanoparticles and solar light driven photocatalytic degradation of bisphenol A using them | |
| CN105170172A (zh) | 以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂 | |
| Chen et al. | In-situ synthesis of biochar modified PbMoO4: An efficient visible light-driven photocatalyst for tetracycline removal | |
| Wang et al. | Bifunctionalized Fe7S8@ MoS2–O core-shell with efficient photocatalytic activity based on internal electric field | |
| CN104261518B (zh) | 一种锰炭催化内电解填料及其制备方法与应用 | |
| CN109999752A (zh) | 一种高效吸附和降解有机污染物的多功能材料的制备方法及应用 | |
| CN102580743A (zh) | 一种用金矿尾矿矿渣制备氧化催化剂的方法及制备的氧化催化剂和应用 | |
| Tang et al. | A novel S-scheme heterojunction in spent battery-derived ZnFe2O4/g-C3N4 photocatalyst for enhancing peroxymonosulfate activation and visible light degradation of organic pollutant | |
| CN103341358A (zh) | 一种处理含氯有机废水的催化剂及其制备方法 | |
| Peng et al. | Electropositive carbon sites and sulfur vacancies in SnS2/g-C3N4 for achieving adsorption and photocatalytic degradation of As (III) in stages by pH regulation | |
| CN105458294A (zh) | 一种利用酸性矿山废水中的铁制备的纳米零价铁及其制备方法与应用 | |
| Wu et al. | Heterogeneous catalytic system of photocatalytic persulfate activation by novel Bi2WO6 coupled magnetic biochar for degradation of ciprofloxacin | |
| Li et al. | In-situ preparation of yeast-supported Fe0@ Fe2O3 as peroxymonosulfate activator for enhanced degradation of tetracycline hydrochloride | |
| CN113441142B (zh) | 一种富含氧空位的石墨烯负载多孔纳米氧化铁电催化剂的制备方法及应用 | |
| CN103521183B (zh) | 一种处理丙烯腈废水的吸附剂及其制备方法与应用 | |
| Dai et al. | Effective removal of Cd (ii) by sludge biochar supported nanoscale zero-valent iron from aqueous solution: characterization, adsorption properties and mechanism | |
| CN105175719A (zh) | 一种具有吸附和还原性能的纳米铁-聚苯胺多孔材料的制备方法 | |
| CN106242013B (zh) | 天然磁黄铁矿与零价铁混合处理含重金属离子废水的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151223 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |