CN106179499A - 一种g‑C3N4与聚合物PDPB复合光催化剂的制备及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明制备了一种g‑C3N4与聚合物聚1,4‑二苯基丁二炔(PDPB)复合的光催化剂并应用于染料罗丹明B的降解。本发明的主要特征是将g‑C3N4与PDPB在溶剂中混合搅拌，通过蒸干溶剂使g‑C3N4与PDPB复合在一起。本发明采用的制备方法简便易操作，成本低，产率高，对环境污染少，同时本发明所制备的催化剂光生电子和空穴可有效分离，光催化活性有显著的提高。通过可见光下降解罗丹明B，证明这种CN‑PDPB复合材料具有比纯氮化碳和纯PDPB更高的可见光催化活性。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料领域和光催化领域
背景技术
g-C3N4作为非金属半导体催化剂具有化学稳定性高、密度低、耐磨性好、生物兼容性强等优点。同时，g-C3N4的禁带宽度较窄(约2.7eV)，因此它的光响应波长可以拓宽到450nm的可见光区。但是g-C3N4又存在比表面积小、光生电子和空穴的复合几率很大，对光子的有效利用率较低的缺点，这大大限制了g-C3N4的进一步发展。
将g-C3N4与其他聚合物复合可以有效地促进光生电子空穴的分离，从而提高光催化活性。PDPB是一种新兴的聚合物材料，具有很好的可见光吸收和稳定性，并且其价带、导带的位置与g-C3N4的正好匹配，光生电子和空穴可以很好的分离，从而有效降低光生电子和空穴的复合促进光催化活性的提高。
鉴于以上理论指导，在此发明中，我们将g-C3N4与聚合物PDPB复合得到CN-PDPB复合材料，这种催化剂可以充分发挥PDPB和g-C3N4两种催化剂的活性优势，使催化剂在可见光区域的光吸收增强。通过降解RhB的实验证实了CN-PDPB复合光催化剂的可见光催化活性优于单纯的催化剂，并且验证了催化效果最佳的质量比。
发明内容
本发明是将g-C3N4与PDPB在溶剂中混合搅拌，通过蒸干溶剂使g-C3N4与PDPB复合在一起。这种方法得到的催化剂在可见光下对RhB有很好的降解效果。
本发明所提供的g-C3N4与聚合物PDPB复合方法，包括以下步骤：
1)将氰胺前驱体在一定温度下热聚合，制备得到g-C3N4；
2)取一定量PDPB溶于一定量乙醇溶液中，再加入一定量g-C3N4搅拌24h。然后在油浴中把乙醇溶剂蒸干，再放入70℃烘箱中烘干过夜，自然冷却到室温研磨得到CN-PDPB的材料。
所述的氰胺前驱体可以是单氰胺、双氰胺、三聚氰胺等。
所述的氰胺前驱体热聚的温度为350-550℃，升温速率为2-4℃/min。
所述的g-C3N4的用量为0.5g。
所述的PDPB的用量根据m(g-C3N4):m(PDPB)＝50:1,50:2,50:4,50:6可调。
所述的乙醇用量为10mL。
本发明的优势体现在：
1)本发明提供的制备方法合成过程简单，操作便捷，产率高，对环境污染少。
2)本发明制备的复合光催化剂，光生电子和空穴可有效分离，能够大幅度提高光催化效率。
3)本发明制备的复合光催化剂在可见光下对RhB具有较高的催化降解活性，其催化活性比单纯的g-C3N4和单纯的PDPB都要好。
本发明提供的光催化降解模拟污染物的活性考察方法如下：
取10mg复合光催化剂，加入石英管中，再量取50mL 10mg/L的罗丹明B溶液加入，磁力搅拌下使催化剂对染料预吸附30min，使之达到吸附-脱附平衡，取样作为光降解初始浓度。然后在300W氙灯加420nm滤光片的条件下进行光催化降解罗丹明B的反应，每隔一定时间取样置于离心管中离心。RhB的浓度用紫外吸收光度计测定。
附图说明
图1是实施案例1-5所制备的样品的广角XRD谱图，从图中可以清楚看到g-C3N4在13.1°和27.7°的两个峰，分别对应g-C3N4的(100)和(002)两个晶面。随着PDPB的加入，这两个峰并没有发生变化，说明PDPB的加入并没有影响g-C3N4的晶型。当PDPB加入量较少时看不到代表PDPB的出峰但随着PDPB加入量的增加，50:6CN-PDPB可以看到PDPB在14°,20.4°，23.6°,24.7°的出峰，证明了CN-PDPB中PDPB的存在。
图2是实施案例1-5所制备的样品的紫外谱图，从图中可以看出PDPB的加入使得g-C3N4对可见光的吸收加强，并且随PDPB加入量的增加，g-C3N4对可见光吸收是逐渐增强的。
图3是实施案例1，3所制备得到样品在365nm光激发下的荧光光谱图(PL)，从图可以看出CN-PDPB复合催化剂的荧光比纯g-C3N4的荧光弱，这表明g-C3N4与PDPB之间的相互作用促进了光生电子和空穴的分离，使得光生电子和空穴的复合几率大大降低。
图4为实施案例1-5所制备得到样品在300W Xe灯加420滤光片的光源下降解10mg/L的RhB溶液的降解效果图。降解实验结果可以说明g-C3N4与PDPB复合得到的复合材料光催化活性得到较大的提高，比单纯和单纯PDPB的活性都要高，并且存在一个催化活性最好的最佳质量比，此最佳质量比为50:2CN-PDPB。
具体实施方案
以下结合实例对本发明进行进一步的详述。
实施例1
g-C3N4的制备
6g的三聚氰胺加入到带盖的坩埚中，置于马弗炉中以4℃/min的升温速度升温到500℃，保温2h，之后以2℃/min的升温速度升温至520℃，保温2h。降至室温后取出，得到黄色的产物g-C3N4，研磨成粉末待用。
实施例2
50:1 CN-PDPB的制备
取10mg PDPB溶于10mL乙醇溶液中，再加入0.5g g-C3N4搅拌24h。然后在油浴中把乙醇溶剂蒸干，再放入70℃烘箱中烘干过夜，自然冷却到室温研磨得到50:1CN-PDPB的材料。
实施例3
50:2 CN-PDPB的制备
取20mg PDPB溶于10mL乙醇溶液中，再加入0.5g g-C3N4搅拌24h。然后在油浴中把乙醇溶剂蒸干，再放入70℃烘箱中烘干过夜，自然冷却到室温研磨得到50:2CN-PDPB的材料。
实施例4
50:4 CN-PDPB的制备
取40mg PDPB溶于10mL乙醇溶液中，再加入0.5g g-C3N4搅拌24h。然后在油浴中把乙醇溶剂蒸干，再放入70℃烘箱中烘干过夜，自然冷却到室温研磨得到50:4CN-PDPB的材料。
实施例5
50:6 CN-PDPB的制备
取60mg PDPB溶于10mL乙醇溶液中，再加入0.5g g-C3N4搅拌24h。然后在油浴中把乙醇溶剂蒸干，再放入70℃烘箱中烘干过夜，自然冷却到室温研磨得到50:6CN-PDPB的材料。
Claims (8)
1.一种g-C3N4与聚合物PDPB复合光催化剂，其特征在于g-C3N4与聚合物PDPB复合在一起，光催化的过程中g-C3N4与PDPB产生协同作用促进电子空穴的分离，进而促进光催化活性的提高。
2.根据权利要求1所述的g-C3N4与聚合物PDPB复合光催化剂，其特征在于具体制备方法如下：
1)将氰胺前驱体在一定温度下热聚合，制备得到g-C3N4；
2)取一定量PDPB溶于一定量乙醇溶液中，再加入一定量g-C3N4搅拌24h。然后在油浴中把乙醇溶剂蒸干，再放入70℃烘箱中烘干过夜，自然冷却到室温研磨得到CN-PDPB的材料。
3.根据权利要求2所述的制备g-C3N4与聚合物PDPB复合光催化剂的方法，其特征在于，制备方法1)中所述的氰胺前驱体可以是单氰胺、双氰胺、三聚氰胺等。
4.根据权利要求2所述的制备g-C3N4与聚合物PDPB复合光催化剂的方法，其特征在于，制备方法1)中氰胺前驱体热聚的温度为350-550℃，升温速率为2-4℃/min。
5.根据权利要求2所述的制备g-C3N4与聚合物PDPB复合光催化剂的方法，其特征在于，制备方法2)中g-C3N4的用量为0.5g。
6.根据权利要求2所述的制备g-C3N4与聚合物PDPB复合光催化剂的方法，其特征在于，制备方法2)中PDPB的用量根据m(g-C3N4):m(PDPB)＝50:1,50:2,50:4,50:6可调。
7.根据权利要求2所述的制备g-C3N4与聚合物PDPB复合光催化剂的方法，其特征在于，制备方法2)中乙醇用量为10mL。
8.根据权利要求1所述的制备g-C3N4与聚合物PDPB复合光催化剂的方法，其特征在于，CN-PDPB复合材料比纯g-C3N4和纯PDPB在光催化降解罗丹明B(RhB)的应用上具有更显著的优越性。
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