CN108855172A - 负载型类石墨相氮化碳光催化剂及其对甲醛光催化降解的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种负载型类石墨相氮化碳光催化剂及其对甲醛光催化降解的应用。所述光催化剂通过尿素在马弗炉中烧结得到尺寸分布均匀的粉体，然后将其固载于玻璃纤维布上，获得高效的负载型可见光催化剂。本发明公开了负载型类石墨相氮化碳光催化剂的制备方法及应用，其特征在于包括以下步骤：一、类石墨相氮化碳光催化剂粉体的制备；二、类石墨相氮化碳在玻璃纤维布上的负载；三、高浓度甲醛的光催化降解应用。本发明制备方法简捷，经济环保，得到的负载型类石墨相氮化碳光催化剂循环使用方便，对甲醛具有良好的可见光催化降解性能和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种负载型类石墨相氮化碳光催化剂及其对甲醛光催化降解的应用，属于环保光催化材料技术领域。
背景技术
随着社会的发展与科技的进步，人们生活水平也不断提高，不论是办公场所还是居室住宅，人们都会进行一定的装潢，而装潢产品中往往含有甲醛。甲醛是一种易挥发性有机化合物且无色带有刺激性气味，当空气中甲醛的含量超过一定浓度时，短时间内就会使人们感到头痛、恶心、呕吐、四肢乏力。长期吸入人体可伤害人的内脏、血液、大脑和神经系统，甚至会导致人体免疫力下降，从而引起呼吸道感染、白血病等严重的疾病。许多专家研究认为，在经历了煤烟污染和光化学烟雾污染对人们健康的危害之后，目前人类正在经历着以“室内空气污染”为主要内容的第三次污染时期。因此，开展甲醛的检测并消除甲醛等污染物，净化室内或者车内的空气，对人的健康极为重要并有重要的社会和经济意义。目前现行的室内空气净化常使用的方法有植物吸收净化法，通风换气法，物理吸附法等，但这些方法降解效率不明显。近年来的研究表明，光催化方法可以有效地降解室内空气中的甲醛。
光催化氧化技术是指光催化剂纳米粒子在一定波长的光线照射下，受激发生成电子-空穴对，空穴分解催化剂表面吸附的水，产生氢氧自由基，电子使周围的氧还原成活性离子氧，从而具有极强的氧化-还原作用，可以将催化剂表面的各种污染物彻底消除。光催化技术可以有效地降解室内空气中的甲醛为无害的二氧化碳和水，是近几年新近发展的一种极具发展潜力的净化手段。它具有降解能力强、降解彻底、反应条件温和、能耗低、催化剂材料易得、不产生二次污染等优点，尤其适用于室内空气甲醛污染治理，用这种方法去除室内空气中的甲醛，是目前世界上各国研究的热点。常用的光催化氧化技术主要有以光催化剂材料，如半导体光催化剂TiO2来进行污染物的降解反应。
类石墨相氮化碳是氮化碳同素异形体中最稳定的一种，具有合适的能带结构及禁带宽度，是一种可以有效利用太阳光的非金属半导体。类石墨相氮化碳作为一种新型非金属光催化剂，价格便宜。类石墨相氮化碳结构独特，稳定性能好，廉价并且制备方法简单，结构和性能易于调控，光催化效果良好且改进方法简单，使之成为光催化研究领域的热点。对其的开发和利用必然引起未来环境治理和新能源开发的重大革新。因此，通过经济、高效的方法对类石墨相氮化碳进行负载，制备光催化性能好、循环稳定性能高并且使用方便的光催化材料具有很重要的意义。
发明内容
本发明提供了一种便捷的负载型类石墨相氮化碳玻璃纤维布的制备方法。将一定量类石墨相氮化碳与玻璃纤维布一同置于200ml蒸馏水中，搅拌24小时，干燥后获得均匀分布的负载型光催化剂，可有效光催化降解甲醛气体，该催化剂循环使用方便并且重复稳定性良好。
本发明的技术方案如下：
1类石墨相氮化碳光催化剂的制备
1)称取5-10g尿素放于带盖子的坩埚中；
2)将坩埚放于马弗炉中，以2℃/min的升温速率，从室温升温至500-550℃并保温2小时，然后自然冷却至室温；
3)反应结束后称重并研磨所得样品；
2类石墨相氮化碳在玻璃纤维布上的负载
1)分别称取0.04g～0.18g类石墨相氮化碳；
2)将称取的类石墨相氮化碳与玻璃纤维布一同置于200ml蒸馏水中，搅拌24小时，使其均匀负载；
3)将负载了类石墨相氮化碳的玻璃纤维布放入烘箱中，制得负载型类石墨相氮化碳光催化剂。
3高浓度甲醛的光催化降解应用
1)将均匀负载的类石墨相氮化碳玻璃纤维布放入器皿当中；
2)打入一定量甲醛，经15W短弧氙灯照射，在线检测甲醛浓度变化。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明制备方法简单、经济；制备得到的负载型光催化剂类石墨相氮化碳分布均匀；对于高浓度的甲醛有良好的光催化降解性能；重复使用方便且稳定性良好，反复使用十次以上降解性能均没有明显下降；具有广阔的应用前景和市场价值。
附图说明
图1是本发明负载所用类石墨氮化碳粉末的X射线衍射图；
图2是本发明制备的负载0.05g类石墨相氮化碳的光催化剂降解甲醛效果图；
图3是本发明制备的负载0.10g类石墨相氮化碳的光催化剂降解甲醛效果图：
图4是本发明制备的负载0.15g类石墨相氮化碳的光催化剂降解甲醛效果图。
具体实施方式
本发明提供一种负载型类石墨相氮化碳光催化剂的制备方法及其在降解甲醛领域中的应用，特别是在降解密闭器皿中高浓度甲醛中的应用，以下为本发明的具体实施方式，进一步说明本发明，但本发明不局限于此。
实施例一：
1)称取10g尿素放于带盖子的坩埚中。
2)将坩埚放于马弗炉中，以2℃/min的升温速率，从室温升温至550℃并保温2小时，然后自然冷却至室温。
3)反应结束后称重并研磨所得样品。
实施例二：
1)用电子秤称取制备的0.05g类石墨相氮化碳粉末。
2)量取200ml蒸馏水，置于烧杯中。将称取的类石墨相氮化碳置于水中，搅拌均匀后放入支架，并将玻璃纤维布置于支架上，使玻璃纤维布处于溶液中央，搅拌24小时，使其均匀负载。
3)将负载了类石墨相氮化碳的玻璃纤维布放入烘箱中，于110℃烘干，即得到负载类石墨相氮化碳的玻璃纤维布。
实施例三：
1)用电子秤称取制备的0.10g类石墨相氮化碳粉末。
2)量取200ml蒸馏水，置于烧杯中。将称取的类石墨相氮化碳置于水中，搅拌均匀后放入支架，并将玻璃纤维布置于支架上，使玻璃纤维布处于溶液中央，搅拌24小时，使其均匀负载。
3)将负载了类石墨相氮化碳的玻璃纤维布放入烘箱中，于110℃烘干，即得到负载类石墨相氮化碳的玻璃纤维布。
实施例四：
1)用电子秤称取0.15g类石墨相氮化碳粉末。
2)量取200ml蒸馏水，置于烧杯中。将称取的类石墨相氮化碳置于水中，搅拌均匀后放入支架，并将玻璃纤维布置于支架上，使玻璃纤维布处于溶液中央，搅拌24小时，使其均匀负载。
3)将负载了类石墨相氮化碳的玻璃纤维布放入烘箱中，于110℃烘干，即得到负载类石墨相氮化碳的玻璃纤维布。
实施例五：
1)将均匀负载0.10g类石墨相氮化碳玻璃纤维布放入密闭器皿当中，打入200ppm的甲醛。
2)以15W短弧氙灯为光催化降解光源。
3)在线实时检测甲醛的浓度，每间隔5或10分钟记录其浓度变化。
本发明制备的负载型类石墨相氮化碳光催化剂对高浓度甲醛具有明显的降解效果。负载0.05g、0.10g、0.15g类石墨相氮化碳的光催化剂降解甲醛浓度随时间变化曲线分别如图2、图3、图4所示，从图中可见负载型类石墨相氮化碳光催化剂对甲醛的光催化降解效率与负载的类石墨相氮化碳量有关且负载的量越多光催化效果越好。因此本发明制备的负载型类石墨相光催化剂可以应用于室内挥发性有机污染物的去除。
Claims (5)
1.一种负载型类石墨相氮化碳光催化剂及其对甲醛光催化降解的应用，其特征在于制备出类石墨相氮化碳并将其负载于玻璃纤维布上，在15W短弧氙灯的照射下，对于密闭器皿中的高浓度甲醛具有良好的光催化降解作用。
2.根据权利要求1所述类石墨相氮化碳的制备方法，包含以下步骤：
1)称取5-10g尿素放于带盖子的坩埚中；
2)将坩埚放于马弗炉中，以2℃/min的升温速率，从室温升温至500-550℃并保温2小时，然后自然冷却至室温；
3)反应结束后称重并研磨所得样品。
3.根据权利要求1所述类石墨相氮化碳在玻璃纤维布上的负载，包含以下步骤：
1)称取0.04g～0.18g类石墨相氮化碳；
2)将称取的类石墨相氮化碳与玻璃纤维布一同置于200ml蒸馏水中，加入搅拌子，在磁力搅拌器上搅拌24小时；
3)将负载了类石墨相氮化碳的玻璃纤维布放入烘箱中，制得负载型类石墨相氮化碳光催化剂。
4.根据权利要求1所述负载型类石墨相氮化碳光催化剂在甲醛光催化降解的应用，包含以下步骤：
1)将负载了类石墨相氮化碳光催化剂的玻璃纤维布置于密闭器皿中；
2)在密闭器皿中打入高浓度甲醛，在光照射下，每隔五或十分钟记录气体检测仪显示的数据。
5.根据权利要求4所述高浓度的甲醛，其浓度为150～250ppm。
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