CN109317185A - 高活性多孔g-C3N4光催化剂及其制备方法与应用 - Google Patents

高活性多孔g-C3N4光催化剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明提出了高活性多孔的g‑C3N4光催化剂及其制备方法和应用。在磁力搅拌下,在三聚氰胺水溶液中,逐滴加入乙醛酸,将所得混合液放入烘箱中,在80‑150℃条件下烘干,得前驱体;将前驱体研磨,在氮气的环境下进行煅烧,得中间产物;将中间产物在空气环境下进行煅烧,得目标产物高活性多孔的g‑C3N4光催化剂。利用本发明的方法制备的高产率多孔的g‑C3N4纳米材料,可以在可见光下有效的降低电子空穴对复合率,从而提高光催化活性,并且大大提高了g‑C3N4的产率。

Description

高活性多孔g-C3N4光催化剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于光催化材料技术领域,具体涉及一种高活性多孔g-C3N4光催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
目前,迫切需要清洁可持续发展的能源去解决全球面临的能源和环境问题,而光催化技术是一种环境友好型技术,光催化材料不仅能够利用太阳光分解水制氢获得可再生能源,而且还可以应用于环境净化,解决人类发展所面临的能量与环境问题。
g-C3N4是一种无机非金属材料,具有相对较小的带隙和稳定的光化学特性,g-C3N4不仅在分解水制氢和氮氧化物还原等领域有着广泛的应用,而且g-C3N4还是可见光降解有机污染物的高效光催化剂。但是目前的g-C3N4也存在很多的问题,例如:传统制备方法获得的光催化活性不高,比表面积小,光生电子易复合和产率低等,此外采用聚合方式获得的g-C3N4由于原料的升华温度比聚合温度高,造成产品产率不高。因此为了解决上述问题做了很多的研究,如通过与其他材料的复合,还有的利用金属、非金属掺杂,也有处理表面,改变结构,做成多孔的或者纳米片结构去增大比表面积。一些研究通过改变g-C3N4的前驱体来增加g-C3N4的光催化活性,但制备方法即繁琐又不环保,成本昂贵而且产量较低。因此本研发用更加简单的方式去制备高活性多孔的g-C3N4,不仅成本低,产率大大提高,是传统方法的8倍左右,而且获得的g-C3N4表现出了较高的光催化活性。
发明内容
本发明目的是提供一种高活性多孔g-C3N4光催化剂及其制备方法,其制备方法简单、方便、低成本、条件温和、有利于大规模制备。
本发明采用的技术方案为:
高活性多孔g-C3N4光催化剂,制备方法包括如下步骤:
1)在磁力搅拌下,在三聚氰胺水溶液中,逐滴加入乙醛酸,将所得混合液放入烘箱中,于80-150℃下烘干,得前驱体;
2)将前驱体研磨,在氮气的环境下进行煅烧,得中间产物;
3)将中间产物在空气的环境下进行煅烧,得目标产物高活性多孔的g-C3N4光催化剂。
上述的高活性多孔g-C3N4光催化剂,步骤1)中三聚氰胺水溶液的浓度为0.1-1mol/L。
上述的高活性多孔g-C3N4光催化剂,步骤1)中三聚氰胺与乙醛酸的摩尔比为1:0.01-0.1。
上述的高活性多孔g-C3N4光催化剂,步骤2)中,于管式炉中进行煅烧,煅烧温度为550℃并保持4h。
上述的高活性多孔g-C3N4光催化剂,步骤3)中,在马弗炉中进行煅烧,煅烧温度为550℃并保持2h。
上述的高活性多孔g-C3N4光催化剂在可见光下催化降解异丙醇中的应用。
本发明的有益效果是:本发明不仅仅成功制成高活性的g-C3N4,而且还形成一个多孔的结构,这样更容易使光生电子-空穴有效分离,从而其降低复合率,有效的提高光催化活性。并且本发明所提供的制备方法,其原料廉价,操作简单,极大程度降低了成本,而且对环境无污染,实现了绿色化学。在可见光下降解异丙醇的速率不仅是纯g-C3N4的2倍左右而且产率比传统的制备方法增加了8倍左右。
附图说明
图1为实施例1制备的G0光催化剂的XRD测试。
图2为实施例1制备的G0光催化剂的SEM图。
图3为实施例2制备的G1光催化剂的XRD测试。
图4为实施例2制备的G1光催化剂的SEM图。
图5为实施例3制备的G2光催化剂的XRD测试。
图6为实施例3制备的G2光催化剂的SEM图。
图7为G0、G1和G2光催化降解异丙醇的活性对比图。
具体实施方式
实施例1纯的g-C3N4光催化剂
(一)制备方法
将2.52g的三聚氰胺,在氮气的环境下,在550℃煅烧4h,升温速率为5℃/min,得纯的g-C3N4光催化剂。样品标记为G0。在煅烧的过程中,g-C3N4易升华和聚合,产率为3%。
(二)检测
图1为样品G0的XRD测试图,由图1可见,样品在13.1°和27.3°有二个衍射峰。
图2为样品G0的SEM图,由图2可见,纯的g-C3N4的不仅颗粒比较大,而且大部分团聚在一起。
实施例2高活性多孔g-C3N4复合光催化剂
(一)制备方法
1)将2.52g三聚氰胺加入100mL去离子水中,在80℃的水浴锅中加热并搅拌30min至溶解,得三聚氰胺水溶液。于三聚氰胺水溶液中,在磁力搅拌下,逐滴加入0.6μL乙醛酸,搅拌0.5h,将所得混合液放入烘箱中,于120℃下烘干,得白色固体,即为前驱体;
2)将前驱体放入研钵中研磨,放入氧化铝的坩埚内,于管式炉中,在氮气的环境下,550℃煅烧4h,得中间产物GN1;
3)将中间产物GN1在马弗炉中,在空气的环境下,于550℃煅烧2h,除去乙醛酸的碳残留,得目标产物高活性多孔的g-C3N4光催化剂。样品标记为G1。产率为24%。
(二)检测
图3为样品G1的XRD测试图,由图3可见,样品在13.1°和27.3°有二个衍射峰,与纯的g-C3N4衍射峰相似。与图1相比较,衍射峰强降低,样品的结晶度变小。
图4为样品G1的SEM图,由图4可见,样品表面有许多大的孔,颗粒尺寸与图2的样品比较明显变小。通过XRD测试图已经确定了G1为石墨相化氮,由图4可见,晶粒尺寸大约13.8nm。通过图2可以看出G0是一个层状的固体聚合结构,颗粒尺寸较大,而G1具有完全不同的形貌,层状的固体形貌完全不见,而像是一个棒状的颗粒堆积,而且颗粒尺寸明显减小。
实施例3高活性多孔g-C3N4复合光催化剂
(一)制备方法
1)将2.52g三聚氰胺加入100mL去离子水中,在80℃的水浴锅中加热并磁力搅拌30min至溶解,得三聚氰胺水溶液。于三聚氰胺水溶液中,在磁力搅拌下,逐滴加入1μ乙醛酸,搅拌0.5h,将所得混合液放入烘箱中,于120℃下烘干24h,得白色固体,即为前驱体;
2)将前驱体放入研钵中研磨,放入氧化铝的坩埚中,于管式炉中,在氮气的环境下,于550℃煅烧4h,得中间产物GN2;
3)将中间产物GN2在马弗炉中,在空气的环境下,于550℃煅烧2h,除去乙醛酸的碳残留,得目标产物高活性多孔的g-C3N4光催化剂。样品标记为G2。产率为24%。
(二)检测
图5为样品G2的XRD测试图,由图5可见,样品在13.1°和27.3°有二个衍射峰,与纯的g-C3N4衍射峰相似。与图1图3相比较,衍射峰的峰强降低,样品的结晶度变小。
图6为样品的SEM图,由图6可见,样品颗粒尺寸比G0小。通过XRD测试图已经确定了G2为石墨相化氮,晶粒尺寸大约13.6nm。通过图2可以看出G0是一个层状的固体聚合结构,颗粒尺寸较大,而G2具有完全不同的形貌,更像是一个多孔的纳米片状,而且颗粒尺寸明显减小。
由实施例2和3可知,随着乙醛酸浓度的增加,产量也明显增多。在煅烧的过程中,乙醛酸抑制了g-C3N4缩聚和升华,从而提高了产量。
实施例4应用
将实施例1-3制备的光催化剂进行光催化剂材料性能测试。
测试过程为:以300W氙灯为光源,光电流调节到20mA位置,调节光强中心正照射到样品表面,固定好位置,分别将实施例1-3制备的G0、G1和G2放于4cm2玻璃槽中,将载有光催化剂的玻璃槽分别放入内含一个大气压空气的224ml反应器中,最后向反应器中注入5ul异丙醇液体,光照20min之后开始计时,样品每隔20分钟抽取一针,进行测试,记录异丙醇的峰面积,结果如图7所示是记录6次后经过计算求出每分钟降解异丙醇的速率。结果如图7。
由图7可见,制备出高活性多孔的g-C3N4的降解异丙醇每分钟速率活性是纯g-C3N4降解异丙醇速率的2倍左右。本发明制备出的g-C3N4不仅提高了光催化活性,而且产量也提高了8倍左右,解决了g-C3N4产率低的问题。

Claims (6)

1.高活性多孔g-C3N4光催化剂,其特征在于,制备方法包括如下步骤:
1)在磁力搅拌下,向三聚氰胺水溶液中,逐滴加入乙醛酸,将所得混合液放入烘箱中,于80-150℃下烘干,得前驱体;
2)将前驱体研磨,在氮气的环境下进行煅烧,得中间产物;
3)将中间产物在空气环境下,进行煅烧,得目标产物高活性多孔g-C3N4光催化剂。
2.根据权利要求1所述的高活性多孔g-C3N4光催化剂,其特征在于,步骤1)中三聚氰胺水溶液的浓度为0.1-1mol/L。
3.根据权利要求1所述的高活性多孔g-C3N4光催化剂,其特征在于,步骤1)中三聚氰胺与乙醛酸的摩尔比为1:0.01-0.1。
4.根据权利要求1所述的高活性多孔g-C3N4光催化剂,其特征在于,步骤2)中,于管式炉中进行煅烧,煅烧温度为550℃并保持4h。
5.根据权利要求1所述的高活性多孔g-C3N4光催化剂,其特征在于,步骤3)中,在马弗炉中进行煅烧,煅烧温度为550℃并保持2h。
6.根据权利要求1所述的高活性多孔g-C3N4光催化剂在可见光下催化降解异丙醇中的应用。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110302824A (zh) * 2019-08-06 2019-10-08 辽宁大学 钼掺杂石墨相氮化碳催化剂及其制备方法和应用
CN110985319A (zh) * 2019-11-28 2020-04-10 福建工程学院 基于g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107744826A (zh) * 2017-10-11 2018-03-02 肇庆市华师大光电产业研究院 一种高效空心管状c3n4光催化剂及其制备方法和应用
CN108568307A (zh) * 2018-04-11 2018-09-25 辽宁大学 氧掺杂多孔的g-C3N4光催化剂及其制备方法与应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107744826A (zh) * 2017-10-11 2018-03-02 肇庆市华师大光电产业研究院 一种高效空心管状c3n4光催化剂及其制备方法和应用
CN108568307A (zh) * 2018-04-11 2018-09-25 辽宁大学 氧掺杂多孔的g-C3N4光催化剂及其制备方法与应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DONGYUAN HAN ET AL.: ""High-yield and low-cost method to synthesize large-area porous g-C3N4 nanosheets with improved photocatalytic activity for gaseous nitric oxide and 2-propanol photodegradation"", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110302824A (zh) * 2019-08-06 2019-10-08 辽宁大学 钼掺杂石墨相氮化碳催化剂及其制备方法和应用
CN110302824B (zh) * 2019-08-06 2021-10-22 辽宁大学 钼掺杂石墨相氮化碳催化剂及其制备方法和应用
CN110985319A (zh) * 2019-11-28 2020-04-10 福建工程学院 基于g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达的制备方法

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