CN106622323B - 一种具有可见光响应的多功能光电催化膜的制备方法 - Google Patents
一种具有可见光响应的多功能光电催化膜的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106622323B CN106622323B CN201611055627.2A CN201611055627A CN106622323B CN 106622323 B CN106622323 B CN 106622323B CN 201611055627 A CN201611055627 A CN 201611055627A CN 106622323 B CN106622323 B CN 106622323B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- preparation
- carbon nanotube
- temperature
- nitric acid
- responded
- 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.)
- Active
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 47
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001879 gelation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 claims abstract description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 19
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 claims description 14
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 14
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims description 13
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 7
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 claims description 2
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 claims description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 2
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- ATHHXGZTWNVVOU-UHFFFAOYSA-N N-methylformamide Chemical compound CNC=O ATHHXGZTWNVVOU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims 2
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 claims 1
- 240000002834 Paulownia tomentosa Species 0.000 claims 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 claims 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 11
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 4
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 abstract description 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 abstract 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002383 tung oil Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0039—Inorganic membrane manufacture
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/024—Oxides
- B01D71/025—Aluminium oxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
本发明提供了一种具有可见光响应的多功能光电催化膜的制备方法，属于多功能膜分离技术领域。涉及的制备方法是通过以下步骤实现的：第一步，将碳纳米管在浓酸混合液中酸化，引入亲水性基团；第二步，将酸化后的碳纳米管分散在含有一定量粘结剂的有机溶剂中，通过真空抽滤的方法负载在陶瓷基底上；第三步，无氧条件下煅烧碳化；第四步，通过浸渍提拉的方法将光催化剂溶胶包裹在碳纳米管的周围；第五步，凝胶化处理，即可得到可见光响应的多功能光电催化膜。该方法具有制备工艺简便，成本低，制备周期短，易于掌控等优点。
Description
技术领域
本发明涉及到一种具有可见光响应的多功能光电催化膜的制备方法，属于多功能膜分离技术领域。
背景技术
膜分离技术由于其操作简单,无需添加化学试剂,出水水质稳定,能耗低,维护费用低等优势而广泛的应用于污水处理领域中。然而，传统的膜分离技术存在的典型问题是膜污染。膜污染现象会使膜孔堵塞,进而造成膜的水通量下降,运行压力增加,污染物处理效率降低等一系列的问题。将光催化氧化技术与膜分离技术进行耦合形成具有光催化能力的多功能光催化分离膜可有效缓解膜污染问题，但是光催化分离膜技术同时也存在着光生电子空穴对易复合，光谱响应范围窄，光能利用率低等问题，制约着光催化分离膜技术的进一步发展。因此，一种高效率的可响应可见光的多功能膜分离技术的研究尤为重要。目前常用的缓解光催化剂的高光生电荷复合率以及仅能利用紫外光等问题的方法主要有(1)构建异质结结构促进光生电荷分离；(2)开发新型的可见光响应的光催化剂。而利用外加电压来迫使光生电子向对电极移动从而提高电子空穴对分离效率的方法鲜有报导，特别是可响应可见光的电辅助光催化膜耦合技术还未见报道。
本文主要选用石墨相氮化碳(g-C3N4)作为光催化剂。g-C3N4是一种新型的可见光响应的光催化剂,仅由C、N两种非金属元素构成,是一种不含金属元素的化合物。它的禁带宽度是2.7eV，可吸收的最大波长为460nm，可响应可见光。选用导电性好，比表面积大的碳纳米管作为导电材料制备一种具有可见光响应的多功能光电催化膜，并研究了光电催化膜的光学性能、电学性能以及膜的性能，为设计高效稳定的多功能光电催化膜提供实验参考和理论依据。
发明内容
本发明主要是针对现有的膜分离技术及光催化膜耦合技术存在的缺点，即膜污染，光生电子空穴对易复合，光能利用率低(大多数光催化膜技术只能响应紫外光)，而提出的一种具有可见光响应的多功能光电催化膜的制备方法。本发明所提出的制备方法简单且灵活可控。
本发明的基本构思是将导电性材料碳纳米管沉积到陶瓷膜基底上，可见光响应的g-C3N4光催化剂溶胶包裹在碳纳米管周围，经凝胶化处理后即得到可见光响应的多功能光电催化膜。
一种具有可见光响应的光电催化膜的制备方法，步骤如下：
(1)陶瓷膜基底的制备：将质量比为1:10～20:10～20:60～100的二氧化钛、高岭土、桐油和氧化铝粉末混合，不断揽拌条件下，加入质量比为1:10～20:20～30：200～300的聚乙二醇、聚乙烯醇、甲基纤维素和水的混合溶液，搅拌均匀，烘干球磨，筛分后在5～15MPa下压片，800～1500℃下煅烧1～5小时，得到氧化铝陶瓷膜基底；
(2)碳纳米管的酸化：在50～100℃温度条件下，将碳纳米管置于浓硝酸和浓硫酸的混合液中保温1～3小时；
(3)导电层的负载：将酸化后的碳纳米管分散在有机溶剂中，得到浓度为0.1％～1％的碳纳米管溶液，在碳纳米管溶液中加入1wt％～10wt％的聚丙烯腈作为粘结剂，得到碳纳米管和聚丙烯腈的混合液；再将碳纳米管和聚丙烯腈的混合液负载在氧化铝陶瓷膜基底上；
(4)无氧煅烧：负载完成后，在无氧和500～1200℃温度条件下，煅烧1～5小时，之后自然冷却至室温；
(5)g-C3N4溶胶的制备：将g-C3N4粉末加入到65wt％的浓硝酸中，得到g-C3N4的浓硝酸溶液，不断搅拌，在30～150℃温度条件下，保温2～6小时，即得到g-C3N4溶胶；
(6)光催化层的负载：g-C3N4溶胶通过浸渍提拉的方法负载在步骤(4)得到的负载有碳纳米管和聚丙烯腈的混合液的氧化铝陶瓷膜基底上，反复浸渍提拉；
(7)g-C3N4的凝胶化：在100～500℃温度下，步骤(6)得到的产品煅烧1～5小时，之后自然冷却至室温。
步骤(1)中所述烘干温度为30～200℃，球磨时间为1～10小时，筛网的目数为80-200。
步骤(2)中浓硝酸和浓硫酸的体积比为1:1～5。
步骤(3)中所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种。
步骤(4)中所述无氧条件为真空或惰性气体保护。
步骤(5)中所述的g-C3N4的浓硝酸溶液的浓度为1～10mM。
步骤(6)中所述提拉次数为1～10次。
所述的可见光响应的多功能光电催化膜可应用于多功能膜分离技术领域。
本发明的有益效果：
(1)可见光响应的多功能光电催化膜的制备方法具有制备工艺简便，成本低，方法灵活可控且易于掌控等优点。
(2)可见光响应的多功能光电催化膜在外加电压的作用下能够促进光生电子和空穴的分离，提高光电催化能力，可以在短时间内快速去除污染物，并表现出光催化膜与电化学氧化的协同效果。
(3)g-C3N4是一种廉价易得且可响应可见光的半导体光催化材料，同时它还具有合成方法简单、无毒、化学性质稳定且不会发生光腐蚀现象等优点。
附图说明
图1为只负载了碳纳米管导电层的复合膜的SEM图。
图2为在碳纳米管上包裹了g-C3N4光催化层的多功能膜的SEM图。
图3为可见光响应的多功能光电催化膜的紫外可见漫反射光谱图。
图4为可见光响应的多功能光电催化膜的线性伏安曲线图(纵坐标为有可见光照射和无光照射的电流差值)。
图5为氧化铝陶瓷基底，只负载碳纳米管导电层的膜及负载了g-C3N4光催化层的多功能膜的压力-纯水通量图。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步说明可见光响应的多功能光电催化膜的制备细节。
实施例1：
第一步称取3g碳纳米管倒入浓硝酸和浓硫酸的混合液(体积比1:3)里，加热到60℃，保温3小时。然后将浓酸溶液稀释，碳纳米管通过真空抽滤分离出来，烘干；
第二步将50mg酸化后的碳纳米管分散在100mLN,N-二甲基甲酰胺中，并加入500mg的聚丙烯腈作为粘结剂。直径为40mm，孔径为500nm的陶瓷膜为基底，通过真空抽滤的方法将10mL碳纳米管和聚丙烯腈的混合液负载在氧化铝陶瓷膜上；
第三步将表面覆有碳纳米管层的膜片放入管式电阻炉中，氩气保护1000℃下，煅烧2小时，之后自然冷却至室温；
第四步称取0.5g块状的g-C3N4粉末放在100mL的浓硝酸(65wt％)中，在90℃下保温3小时(冷凝回流水的温度为5℃)，即得到g-C3N4溶胶；
第五步将g-C3N4胶体通过浸渍提拉的方法包裹在碳纳米管周围，连续提拉次数为3次；
第六步将负载了g-C3N4胶体的膜片放入管式炉中，空气环境中，350℃保温2小时进行凝胶化处理，去除膜表面上的硝酸,冷却至室温即得到g-C3N4/CNTs/Al2O3光电催化膜；
实施例1中扫描电镜照片图1表明g-C3N4光催化剂很好的包裹在碳纳米管的周围，所得到的多功能光电催化膜的孔径为297nm，电导率为9.10S.cm-1；实施例2：
第一步称取3g碳纳米管倒入浓硝酸和浓硫酸的混合液(体积比1:3)里，加热到60℃，保温3小时。然后将浓酸溶液稀释，碳纳米管通过真空抽滤分离出来；
第二步将50mg酸化后的碳纳米管分散在100mL N,N-二甲基甲酰胺中，并加入500mg的聚丙烯腈作为粘结剂。直径为40mm，孔径为500nm的陶瓷膜为基底，通过真空抽滤的方法将10mL碳纳米管和聚丙烯腈的混合液负载在氧化铝陶瓷膜上；
第三步将表面覆有碳纳米管层的膜片放入管式电阻炉中，氩气保护1000℃下，煅烧2小时，之后自然冷却至室温；
第四步称取0.1g块状的g-C3N4粉末放在100mL的浓硝酸中，在90℃下保温3小时(冷凝回流水的温度为5℃)，即得到g-C3N4溶胶；
第五步将g-C3N4胶体通过浸渍提拉的方法包裹在碳纳米管周围，连续提拉次数为3次；
第六步将负载了g-C3N4胶体的膜片放入管式炉中，空气环境中，350℃保温2小时进行凝胶化处理，去除膜表面上的硝酸，冷却至室温即得到g-C3N4/CNTs/Al2O3光电催化膜；
实施例2中所得到的多功能光电催化膜的孔径为370nm，电导率为11.10S.cm-1，扫描电镜可以看出有极少量的g-C3N4包裹在碳纳米管周围；
实施例3：
第一步称取3g碳纳米管倒入浓硝酸和浓硫酸的混合液(体积比1:3)里，加热到60℃，保温3小时。然后将浓酸溶液稀释，碳纳米管通过真空抽滤分离出来；
第二步将50mg酸化后的碳纳米管分散在100mL N,N-二甲基甲酰胺中，并加入500mg的聚丙烯腈作为粘结剂。直径为40mm，孔径为500nm的陶瓷膜为基底，通过真空抽滤的方法将10mL碳纳米管和聚丙烯腈的混合液负载在氧化铝陶瓷膜上；
第三步将表面覆有碳纳米管层的膜片放入管式电阻炉中，氩气保护1000℃下，煅烧2小时，之后自然冷却至室温；
第四步称取0.7g块状的g-C3N4粉末放在100mL的浓硝酸中，在90℃下保温3小时(冷凝回流水的温度为5℃)，即得到g-C3N4溶胶；
第五步将g-C3N4胶体通过浸渍提拉的方法包裹在碳纳米管周围，连续提拉次数为3次；
第六步将负载了g-C3N4胶体的膜片放入管式炉中，空气环境中，350℃保温2小时进行凝胶化处理，去除膜表面上的硝酸，冷却至室温即得到g-C3N4/CNTs/Al2O3光电催化膜；
实施例3中所得的多功能光电催化膜的孔径为170nm，电导率为8.17S.cm-1，扫描电镜图中可以看出有大量的g-C3N4包裹在碳纳米管周围且部分膜孔被g-C3N4堵塞。
Claims (10)
1.一种具有可见光响应的多功能光电催化膜的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)陶瓷膜基底的制备：将质量比为1:10～20:10～20:60～100的二氧化钛、高岭土、桐油和氧化铝粉末混合，不断搅拌条件下，加入质量比为1:10～20:20～30:200～300的聚乙二醇、聚乙烯醇、甲基纤维素和水的混合溶液，搅拌均匀，烘干球磨，筛分，在5～15MPa下压片，800～1500℃下煅烧1～5小时，得到氧化铝陶瓷膜基底；
(2)碳纳米管的酸化：在50～100℃温度条件下，将碳纳米管置于浓硝酸和浓硫酸的混合液中保温1～3小时；
(3)导电层的负载：将酸化后的碳纳米管分散在有机溶剂中，得到浓度为0.1％～1％的碳纳米管溶液，碳纳米管溶液中加入1wt％～10wt％的聚丙烯腈作为粘结剂，得到碳纳米管和聚丙烯腈的混合液；再将碳纳米管和聚丙烯腈的混合液负载在氧化铝陶瓷膜基底上；
(4)无氧煅烧：负载完成后，在无氧和500～1200℃温度条件下，煅烧1～5小时，之后自然冷却至室温；
(5)g-C3N4溶胶的制备：将g-C3N4粉末加入到65wt％的浓硝酸中，得到g-C3N4的浓硝酸溶液，不断搅拌，在30～150℃温度条件下，保温2～6小时，即得到g-C3N4溶胶；
(6)光催化层的负载：g-C3N4溶胶通过浸渍提拉的方法负载在步骤(4)得到的负载有碳纳米管和聚丙烯腈的混合液的氧化铝陶瓷膜基底上，反复浸渍提拉；
(7)g-C3N4的凝胶化：在100～500℃温度下，步骤(6)得到的产品煅烧1～5小时，之后自然冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中烘干所用温度为30～200℃，球磨时间为1～10小时，筛子的目数为80～200目。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中浓硝酸和浓硫酸的体积比为1:1～5。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种。
6.根据权利要求1、2或5所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述的g-C3N4的浓硝酸溶液的浓度为1～10mM。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述的g-C3N4的浓硝酸溶液的浓度为1～10mM。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述的g-C3N4的浓硝酸溶液的浓度为1～10mM。
9.根据权利要求1、2、5、7或8所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中无氧条件为真空或惰性气体保护。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中无氧条件为真空或惰性气体保护。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611055627.2A CN106622323B (zh) | 2016-11-25 | 2016-11-25 | 一种具有可见光响应的多功能光电催化膜的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611055627.2A CN106622323B (zh) | 2016-11-25 | 2016-11-25 | 一种具有可见光响应的多功能光电催化膜的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106622323A CN106622323A (zh) | 2017-05-10 |
| CN106622323B true CN106622323B (zh) | 2019-04-09 |
Family
ID=58812180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611055627.2A Active CN106622323B (zh) | 2016-11-25 | 2016-11-25 | 一种具有可见光响应的多功能光电催化膜的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106622323B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107522190B (zh) * | 2017-07-31 | 2020-02-11 | 泰山医学院 | 一种碳量子点的合成方法 |
| CN107747105B (zh) * | 2017-09-12 | 2019-08-13 | 天津理工大学 | 一种非金属基光电阴极的制备方法 |
| CN107537544B (zh) * | 2017-09-19 | 2020-02-14 | 江苏理工学院 | 一种g-C3N4–CNTs异质结光催化剂及其制备方法 |
| CN108079966A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-05-29 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种氮化碳/纤维素气凝胶复合光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN109985536B (zh) * | 2019-04-04 | 2022-02-11 | 河海大学 | 一种g-C3N4-PVDF复合膜、制备方法以及应用 |
| CN111715284A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-09-29 | 赵梓俨 | 一种光催化水处理膜制品以及制备方法 |
| CN112755810B (zh) * | 2020-12-18 | 2023-05-12 | 中化(宁波)润沃膜科技有限公司 | 一种荷正电复合纳滤膜及其制备方法 |
| CN113713633B (zh) * | 2021-07-30 | 2023-04-25 | 清华大学 | 一种褶皱结构多功能纳滤膜及其制备方法 |
| CN114653391B (zh) * | 2022-03-11 | 2023-10-03 | 大连工业大学 | 一种具有高选择性和抗污染性的碳基催化膜的制备方法 |
-
2016
- 2016-11-25 CN CN201611055627.2A patent/CN106622323B/zh active Active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "Sol Processing of Conjugated Carbon Nitride Powders for Thin-Film Fabrication";Jinshui Zhang et al;《Angew. Chem. Int. Ed.》;20151231;第54卷;第6298页左栏第2段，第6300页左栏第3段和右栏第2段 |
| "基于TiO2和g-C3N4光催化分离膜的制备及水处理性能的研究";赵焕新;《中国博士学位论文全文数据库 工程科技I辑》;20150715;第2节 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106622323A (zh) | 2017-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106622323B (zh) | 一种具有可见光响应的多功能光电催化膜的制备方法 | |
| Ai et al. | Construction of CdS@ Ti3C2@ CoO hierarchical tandem pn heterojunction for boosting photocatalytic hydrogen production in pure water | |
| US20200122130A1 (en) | Two-dimensional nitrogen-doped carbon-based titanium dioxide composite material, and preparation method and application thereof for degrading and removing organic pollutants in water | |
| CN109772409B (zh) | B,s共掺杂氮化碳纳米管光催化剂及制备方法和应用 | |
| CN108355698A (zh) | 一种o掺杂石墨相氮化碳纳米片粉末的制备方法 | |
| CN102531050A (zh) | 制备TiO2(B)纳米线的方法及制得的TiO2(B)纳米线的用途 | |
| CN102895965B (zh) | Er3+:Y3Al5O12/TiO2复合膜及其在催化降解有机染料中的应用 | |
| CN111215112A (zh) | 一种复合光催化剂的制备方法及应用 | |
| CN110841670B (zh) | 零维黑磷量子点/一维管状氮化碳复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN109876867A (zh) | 一种双金属-有机骨架/钒酸铋复合光电阳极材料的制备方法 | |
| CN106431005B (zh) | 一种钛酸锶-二氧化钛复合纳米管阵列薄膜及其制备方法与应用 | |
| CN109243855A (zh) | 一种碳纳米管/镍复合材料的制备方法和应用 | |
| CN110368962A (zh) | 一种BiOI/WO3异质结高效光电催化电极的制备方法、产品及应用 | |
| CN107913717B (zh) | 一种用于污染控制的催化电极的制备方法及应用 | |
| CN104051721B (zh) | 一种改性炭黑-LaMnO3共价复合材料的制备方法及其应用 | |
| CN109671846B (zh) | 以三维结构石墨烯作为背电极的钙钛矿太阳能电池及其制备 | |
| CN107537458B (zh) | 一种氧化物量子点改性的石墨烯/氧化锌光催化材料的制备方法 | |
| CN108417873A (zh) | 一种自偏压微生物耦合光电催化燃料电池污染控制系统及电极制备方法 | |
| CN109289887B (zh) | 一种氮、钒共掺杂二氧化钛/钽酸铋z型异质结光催化剂的制备方法及应用 | |
| CN111250142A (zh) | 一种具有上转换特性的石墨相氮化碳/高碘氧铋异质结的制备方法和产品及应用 | |
| CN107321359B (zh) | 一种羟基锡酸铁/石墨烯复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN108878658A (zh) | 一种基于金属离子掺杂二氧化钛间隔层的光稳定钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
| CN107876073A (zh) | 核壳结构g‑C3N4/MCNTs/BiOI复合材料的制备方法 | |
| CN112517040A (zh) | 一种海胆状Bi2S3负载蜂窝状Fe掺杂g-C3N4的制备方法及应用 | |
| CN106311209A (zh) | Al和Ce共掺杂提高ZnO微米粉体光催化性能的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |