CN108313992A - 多孔类石墨状碳化氮的制备方法 - Google Patents

多孔类石墨状碳化氮的制备方法 Download PDF

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候海军
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章嘉诚
茆铭心
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Abstract

本发明公开了一种多孔类石墨状碳化氮的制备方法，通过先制备硬模板剂，再利用该硬模板剂配合三聚氰胺经过研磨、氩气下加热反应、研磨、清洗、去离子水和再烘干、研磨的这样的工艺流程获取g‑C3N4，达到提高g‑C3N4的比表面积、提高光催化剂活性、解决环境问题和解决能源短缺问题的目的。

Description

多孔类石墨状碳化氮的制备方法
技术领域
本发明涉及多孔类石墨状碳化氮的生产应用领域，具体涉及一种多孔类石墨状碳化氮的制备方法。
背景技术
在当今社会，随着能源的不断开发利用，越来越的科研人员关注对太阳能的开发和利用，由于光催化剂可以利用周围环境中的光能，将其转变成化学变化中所需要的能量。可以降解大自然中几乎全部对人类有害的有机物和部分无机物，这种物质完美的遵循大自然的铁律，不仅能够加速反应，还能不造成资源的浪费和环境的二次污染，因此光催化转换太阳能在太阳能利用过程中占有重要地位。
传统的光催化剂主要是多孔类石墨状碳化氮这一类的非金属半导体，但是传统技术中，多孔类石墨状碳化氮的比表面积较小，无法满足现有技术中对降解污染物的需求，制约着多孔类石墨状碳化氮应用的发展。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种多孔类石墨状碳化氮的制备方法，以达到提高g-C3N4的比表面积、提高光催化剂活性、解决环境问题和解决能源短缺问题的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种多孔类石墨状碳化氮的制备方法，方法具体如下：
(1).制备硬模板剂；
(1-1).利用热水浸泡鸡蛋壳，清理杂质，并将鸡蛋壳进行去模处理；
(1-2).将处理后的鸡蛋壳放在干燥箱中进行烘干；
(1-3).对干燥后的鸡蛋壳进行研磨，使其呈颗粒状；
(1-4).将颗粒状的鸡蛋壳进行高温煅烧；
(1-5).将煅烧后的鸡蛋壳再次进行研磨，以使鸡蛋壳呈更小的颗粒状，完成硬模板剂的制备；
(2).取适量三聚氰胺和适量的硬模板剂一起放入玛瑙研钵中进行研磨混合；
(3).将研磨后的混合物放入管式炉中，在通氩气的环境下进行加热反应；
(4).将经过步骤(3)反应形成的黄色固体进行研磨至无颗粒感，得到原样类石墨状碳化氮(g-C3N4)；
(5).将原样g-C3N4与1：2的盐酸混合；并利用离心机进行清洗；
(6).再用去离子水对步骤5中获得的材料进行清洗；
(7).将经过去离子水清洗后的产品进行烘干；
(8).将步骤(7)中的干燥固体用铁勺慢慢敲击下来，放入到玛瑙研钵中研磨至无颗粒感，获得多孔g-C3N4。
本发明通过先制备硬模板剂，再利用该硬模板剂配合三聚氰胺经过研磨、氩气下加热反应、研磨、清洗、去离子水和再烘干、研磨的这样的工艺流程获取g-C3N4，达到提高g-C3N4 的比表面积、提高光催化剂活性、解决环境问题和解决能源短缺问题的目的。
作为优选的，步骤(1-2)中烘干温度为80℃，烘干时间为12小时。
作为优选的，步骤(1-4)中段说好温度为750℃，煅烧时间1天。
作为优选的，步骤(2)中三聚氰胺与硬模板剂的质量比的区间范围为：4:1-4：4。
作为优选的，步骤(3)中管式炉中升温程序为：升温速率为10℃/min-1，管式炉中的温度身高至550℃位置，并且在550摄℃下煅烧4小时。
作为优选的，步骤(7)中烘干时间为12小时。
本发明具有如下优点：
1.本发明通过先制备硬模板剂，再利用该硬模板剂配合三聚氰胺经过研磨、氩气下加热反应、研磨、清洗、去离子水和再烘干、研磨的这样的工艺流程获取g-C3N4，达到提高g-C3N4的比表面积、提高光催化剂活性、解决环境问题和解决能源短缺问题的目的。
附图说明书：
图1为本PCN-1试剂的光催化后液体取样的紫外图谱和PCN-1试剂光催化的液体取样；
图2为本PCN-2试剂的光催化后液体取样的紫外图谱和PCN-1试剂光催化的液体取样；
图3为本PCN-3试剂的光催化后液体取样的紫外图谱和PCN-1试剂光催化的液体取样；
图4为本PCN-4试剂的光催化后液体取样的紫外图谱和PCN-1试剂光催化的液体取样；
图5为本PCN-5试剂的光催化后液体取样的紫外图谱和PCN-1试剂光催化的液体取样。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了多孔类石墨状碳化氮的制备方法，其工作原理是通过先制备硬模板剂，再利用该硬模板剂配合三聚氰胺经过研磨、氩气下加热反应、研磨、清洗、去离子水和再烘干、研磨的这样的工艺流程获取g-C3N4，达到提高g-C3N4的比表面积、提高光催化剂活性、解决环境问题和解决能源短缺问题的目的。
下面结合实施例和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种多孔类石墨状碳化氮的制备方法，方法具体如下：
(1).制备硬模板剂；
(1-1).利用热水浸泡鸡蛋壳，清理杂质，并将鸡蛋壳进行去模处理；
(1-2).将处理后的鸡蛋壳放在干燥箱中进行烘干；
(1-3).对干燥后的鸡蛋壳进行研磨，使其呈颗粒状；
(1-4).将颗粒状的鸡蛋壳进行高温煅烧；
(1-5).将煅烧后的鸡蛋壳再次进行研磨，以使鸡蛋壳呈更小的颗粒状，完成硬模板剂的制备；
(2).取适量三聚氰胺和适量的硬模板剂一起放入玛瑙研钵中进行研磨混合；
(3).将研磨后的混合物放入管式炉中，在通氩气的环境下进行加热反应；
(4).将经过步骤(3)反应形成的黄色固体进行研磨至无颗粒感，得到原样类石墨状碳化氮(g-C3N4)；
(5).将原样g-C3N4与1：2的盐酸混合；并利用离心机进行清洗；
(6).再用去离子水对步骤5中获得的材料进行清洗；
(7).将经过去离子水清洗后的产品进行烘干；
(8).将步骤(7)中的干燥固体用铁勺慢慢敲击下来，放入到玛瑙研钵中研磨至无颗粒感，获得多孔g-C3N4。
本发明通过先制备硬模板剂，再利用该硬模板剂配合三聚氰胺经过研磨、氩气下加热反应、研磨、清洗、去离子水和再烘干、研磨的这样的工艺流程获取g-C3N4，达到提高g-C3N4 的比表面积、提高光催化剂活性、解决环境问题和解决能源短缺问题的目的。
值得注意的是，步骤(1-2)中烘干温度为80℃，烘干时间为12小时。
值得注意的是，步骤(1-4)中段说好温度为750℃，煅烧时间1天。
值得注意的是，步骤(2)中三聚氰胺与硬模板剂的质量比的区间范围为：4:1-4：4。
值得注意的是，步骤(3)中管式炉中升温程序为：升温速率为10℃/min-1，管式炉中的温度身高至550℃位置，并且在550摄℃下煅烧4小时。
值得注意的是，步骤(7)中烘干时间为12小时。
本发明的具体使用步骤如下：以2g三聚氰胺为原材，
添加0.5g硬模板剂获取一组g-C3N4，标记为PCN-3；
添加1g硬模板剂获取一组g-C3N4，标记为PCN-4；
添加2g硬模板剂获取一组g-C3N4，标记为PCN-5；
将原材按照传统工艺，在空气空烧，获取一组g-C3N4，标记为PCN-1；
将原材按照传统工艺，在氩气空烧，获取一组g-C3N4，标记为PCN-2。
具体实验步骤如下：
首先取编号为PCN-1的样品做光催化，采用降解的溶液为1：4稀释的RHB(罗丹明)溶液。天枰称取试样PCN-1为0.05g，再用量筒取稀释过的RHB溶液100ml，放入到做光催化的容器里，外加一个搅拌子。然后将该容器放入KQ-100型超声波清洗器中超声波震荡 5-10min，为使其试样在溶液内能均匀分布开来，接着放入到78-1型磁力加热搅拌器中搅拌大约20-30分钟，保证超声波震荡和磁力搅拌时间为半小时以上即可，全程要尽可能的遮光。然后将光催化容器放入到CEL-HXF300型氙灯光源下，并且还要放在磁力搅拌器上搅拌，光催化全程都需要磁力搅拌。还需将光催化容器的二端水管要接好，容器的下口接进水管，容器的上口接出水口，水管中的水不能太大，水流适当小一点。在接装置之前先打开光催化灯源开关，等接好装置，并检查一下，并用塑料试管取一次原样，然后长按仪器上的“light”键，至此开始光催化并做记录时间，我们光催化时间总计2h，每15min取一次，光催化结束可以取得9个试样，并将这9个试样标记为1～9。每次所取得试管取到试管的刻度4左右，取样过程中要戴墨镜。将标记过的9个试样，每2个一起放入到TG16G型离心机中离心处理，离心机的运行参数为：转速为7000转/min、时间为6分钟。离心完的试样我们取上层清液放入到新的塑料试管中，共可以获得9个新的试样，并且标记为1～9，最后将9个试样放在一个塑料袋子，并贴上标签。
同理，编号PCN-2、PCN-3、PCN-4、PCN-5均按照上述光催化过程进行操作。
实验图谱如下：
每组图谱中，横坐标表示波长，单位为纳米，纵坐标表示吸光度，单位为a.u.。每个图谱中有7个衍射线，每个衍射线表示的是光催化试验中每隔15分钟所取的一个样品所测的吸光情况。
PCN-3试剂的光催化后液体取样的紫外图谱和PCN-3试剂光催化的液体取样如图3所示：
PCN-4试剂的光催化后液体取样的紫外图谱和PCN-4试剂光催化的液体取样如图4所示：
PCN-5试剂的光催化后液体取样的紫外图谱和PCN-5试剂光催化的液体取样如图5所示：
PCN-1试剂的光催化后液体取样的紫外图谱和PCN-1试剂光催化的液体取样如图1所示：
PCN-2试剂的光催化后液体取样的紫外图谱和PCN-2试剂光催化的液体取样如图2所示。
通过对比发现，编号PCN-4、PCN-4、PCN-5每个衍射线都有2个峰值，2个峰值大约为260和560左右，说明当波长为260纳米和560纳米左右的时候，样品的吸光度达到最高，从每个衍射线来看，随着时间的推移，2个峰值会发生相对的下降。这三组的催化活性可以从右侧的光催化后的液体取样中可以清晰的看出，这三组的光催化效果明显好得多；而 PCN-1和PCN-2的催化活性基本没有。
通过以上的方式，本发明所提供的多孔类石墨状碳化氮的制备方法，通过先制备硬模板剂，再利用该硬模板剂配合三聚氰胺经过研磨、氩气下加热反应、研磨、清洗、去离子水和再烘干、研磨的这样的工艺流程获取g-C3N4，达到提高g-C3N4的比表面积、提高光催化剂活性、解决环境问题和解决能源短缺问题的目的。
以上所述的仅是本发明所公开的多孔类石墨状碳化氮的制备方法的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多孔类石墨状碳化氮的制备方法，其特征在于，方法具体如下：
(1).制备硬模板剂；
(1-1).利用热水浸泡鸡蛋壳，清理杂质，并将鸡蛋壳进行去模处理；
(1-2).将处理后的鸡蛋壳放在干燥箱中进行烘干；
(1-3).对干燥后的鸡蛋壳进行研磨，使其呈颗粒状；
(1-4).将颗粒状的鸡蛋壳进行高温煅烧；
(1-5).将煅烧后的鸡蛋壳再次进行研磨，以使鸡蛋壳呈更小的颗粒状，完成硬模板剂的制备；
(2).取适量三聚氰胺和适量的硬模板剂一起放入玛瑙研钵中进行研磨混合；
(3).将研磨后的混合物放入管式炉中，在通氩气的环境下进行加热反应；
(4).将经过步骤(3)反应形成的黄色固体进行研磨至无颗粒感，得到原样类石墨状碳化氮(g-C3N4)；
(5).将原样g-C3N4与1：2的盐酸混合；并利用离心机进行清洗；
(6).再用去离子水对步骤5中获得的材料进行清洗；
(7).将经过去离子水清洗后的产品进行烘干；
(8).将步骤(7)中的干燥固体用铁勺慢慢敲击下来，放入到玛瑙研钵中研磨至无颗粒感，获得多孔g-C3N4。
2.根据权利要求1所述的多孔类石墨状碳化氮的制备方法，其特征在于，步骤(1-2)中烘干温度为80℃，烘干时间为12小时。
3.根据权利要求1所述的多孔类石墨状碳化氮的制备方法，其特征在于，步骤(1-4)中段说好温度为750℃，煅烧时间1天。
4.根据权利要求1所述的多孔类石墨状碳化氮的制备方法，其特征在于，步骤(2)中三聚氰胺与硬模板剂的质量比的区间范围为：4:1-4：4。
5.根据权利要求1所述的多孔类石墨状碳化氮的制备方法，其特征在于，步骤(3)中管式炉中升温程序为：升温速率为10℃/min-1，管式炉中的温度身高至550℃位置，并且在550摄℃下煅烧4小时。
6.根据权利要求1所述的多孔类石墨状碳化氮的制备方法，其特征在于，步骤(7)中烘干时间为12小时。
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