CN111604076A - 一种新型微波法制备F掺杂g-氮化碳光催化材料及其应用 - Google Patents

一种新型微波法制备F掺杂g-氮化碳光催化材料及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种新型微波法制备F掺杂的g‑C3N4光催化材料及其应用。采用热聚合法制备本体g‑C3N4材料，使用微波消解仪在介质中对本体g‑C3N4进行微波刻蚀，使其表面形成氮空位。本发明的F掺杂g‑C3N4材料将F原子引入氮空位，与C原子形成C‑F键，导致电子分布不均从而形成表面极化场，降低其表面的空穴电子复合率，增强光催化剂活性。本发明的材料对双氯芬酸钠、苯酚和双酚A的降解率分别为100%、55％和65％，均优于本体g‑C3N4。本发明工艺简单，适合于工业化大批量生产，并且将光催化降解技术应用于降解PPCPs领域具有很高的应用前景和实用价值。

Description

一种新型微波法制备F掺杂g-氮化碳光催化材料及其应用
技术领域
本发明属于分析化学技术领域，具体涉及一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4材料及其应用。
背景技术
目前，随着社会经济的发展，废水中的药品及个人护理用品已成为一类新兴污染物，主要包括人用和兽用药物、兴奋剂、显影剂、化妆品等。PPCPs的大量产生对生态环境及人类健康具有很大威胁。最近的研究表明，某些PPCPs不能被生物废水和常规饮用水处理工艺去除，包括混凝，沉淀和过滤。因此，需要寻找替代处理技术，而光催化处理的主要优点在于利用太阳光活化反应物，从而避免苛刻的反应条件和使用有毒的活性试剂。但是，其应用于水处理进展缓慢，主要原因是缺乏大规模廉价适用的光催化剂材料。
石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种新型廉价的非金属半导体聚合物。它不仅易于制备，具有很好的稳定性和无毒性，而且具有独特的电子结构，已被广泛用于污染物的降解，光催化制氢，二氧化碳的还原生产等方面。但g-C3N4因为光利用率低，光诱导空穴/电子对的快速重组和缺乏反应性位点，其光催化效率被严重限制。为此，前期文献报道了大量关于碳材料结构改性的工作，例如结构修饰，阳离子和阴离子掺杂，优势晶面调控，与半导体或金属耦合等。其中，缺陷已被证明能够有效地调节半导体的性能，在g-C3N4骨架中形成氮缺陷是增强电荷转移和可见光光催化性能的有效方法。为了提高g-C3N4的光催化性能，有人提出掺杂C，S和F等非金属元素来增加缺陷，增强太阳光的吸收及其光催化活性。特别是，掺杂高电负性元素增强电场效应已经成为一种有效的方法，可以促进电场形成，增大其比表面积和光催化剂表面的光生电荷分离。
目前，微波技术已经在光催化领域获得了极大地运用，主要基于微波可以激发分子旋转，但能量很弱。微波光子的能量不足以破坏氢键，它也比布朗运动小得多，并且不能引起化学反应，这与传统的加热方法或直接刻蚀方法有本质区别。Gawande等人综述了微波辅助合成用于快速组装纳米材料和有机物（M. B. Gawande, S. N. Shelke, R. Zboriland R. S. Varma, Microwave-Assisted Chemistry: Synthetic Applications forRapid Assembly of Nanomaterials and Organics., Acc. Chem. Res, 2014, 47, 1338−1348.）。Lu等人介绍了一种简便且通用的微波辅助水热法，可在各种基材表面上快速整合共形层状质子化钛酸酯纳米阵列涂层。（X. X Lu, S. Hoang, W. X. Tang, S. C. Du, S.B. Wang, F. Y. Liu, W. Zhong, S. L. Suib, G. Q Yang, F. Y. Zhang and P. X.Gao, Direct Synthesis of Conformal Layered Protonated Titanate NanoarrayCoatings on Various Substrate Surfaces Boosted by Low-Temperature Microwave-Assisted Hydrothermal Synthesis., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10,35164-35174.）。根据以上研究，微波法已被广泛应用于光催化材料的改性或直接用于合成新材料。因此，在可控条件下对g-C3N4的表面进行刻蚀而不破坏其骨架结构，微波不会影响材料本身的结构并保持氮化碳优异的光催化性能。但目前，少有将掺杂技术和微波消解技术共同应用于材料的缺陷制备。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种新型微波法制备F掺杂的缺陷型g-C3N4光催化材料的方法，可以大幅提高材料的光催化性能。通过本发明的方法将有望在PPCPs的脱除领域引入一种新方法，有助于推动PPCPs控制和功能材料领域的交叉融合。
本发明的技术方案如下：一种新型微波法制备F掺杂的g-C3N4光催化材料，采用本体g-C3N4通过微波刻蚀后获得，分子式为g-C3NaFb，式中a＋b＝4。
由于氟原子具有很强的电负性，是原子半径最小的吸电子基，因此将氟原子引入到光催化材料中可改变其能带结构，增加催化活性位点的数量和可见光吸收效率。
本发明的F掺杂的g-C3N4沿边缘破裂，表明氢氟酸或含氟元素的盐溶液在微波刻蚀过程中与前驱体如尿素、双氰胺、三聚氰胺或硫脲等反应导致本体g-C3N4骨架碎裂，这也表明纳米尺寸的特征。本发明通过廉价的化学材料，如双氰胺、三聚氰胺、尿素或硫脲利用热聚合法制备的本体g-C3N4，再通过氢氟酸或含氟元素的盐溶液微波刻蚀处理后制得的一种新型微波法制备F掺杂的g-C3N4材料。
具体的，本发明还公开一种上述的新型微波法制备F掺杂的g-C3N4材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）选用前驱体制备本体g-C3N4材料；
（2）对制得的本体g-C3N4进行微波刻蚀，制备新型微波刻蚀F掺杂的g-C3N4；
（3）将制得的F掺杂的g-C3N4材料离心清洗，去上清液，清洗，烘干既得。
优选的是，步骤（3）之后还包括步骤（4）即研磨后得新型微波法制备F掺杂的g-C3N4材料。
上述任一方案中优选的是，优选的是，所述步骤（1）中采用热聚合法制备本体g-C3N4材料。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中利用马弗炉制备本体g-C3N4，设置升温速率为2 -30 ℃/min加热至450-700 ℃，并在此温度保持1-10 h。
上述任一方案中优选的是，设置升温速率为5-25 ℃/min加热至480-680 ℃，并在此温度保持2-8 h。上述任一方案中优选的是，所述设置升温速率为10-20 ℃/min加热至500-550 ℃，并在此温度保持2-4 h。
上述任一方案中优选的是，设置升温速率为2 ℃/min加热至450 ℃，并在此温度保持10 h。
上述任一方案中优选的是，设置升温速率为5 ℃/min加热至480 ℃，并在此温度保持8 h。
上述任一方案中优选的是，设置升温速率为10 ℃/min加热至500 ℃，并在此温度保持4 h。
上述任一方案中优选的是，设置升温速率为15 ℃/min加热至525 ℃，并在此温度保持3 h。
上述任一方案中优选的是，设置升温速率为18℃/min加热至530 ℃，并在此温度保持3 h。
上述任一方案中优选的是，设置升温速率为20 ℃/min加热至550 ℃，并在此温度保持2 h。
上述任一方案中优选的是，设置升温速率为25 ℃/min加热至650 ℃，并在此温度保持2 h。
上述任一方案中优选的是，设置升温速率为30 ℃/min加热至700 ℃，并在此温度保持1 h。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中的前驱体包括尿素、双氰胺、三聚氰胺或硫脲中的至少一种。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中的前驱体的用量为10-15 g。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中的前驱体的用量为10 g。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中的前驱体的用量为12 g。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中的前驱体的用量为15 g。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（2）中的微波刻蚀采用氢氟酸和/或含氟元素的盐溶液为介质。氢氟酸、含氟元素的盐溶液主要是作为缺陷处理的介质，也能同时实现F原子的掺杂。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（2）中的微波刻蚀是微波刻蚀。
上述任一方案中优选的是，微波刻蚀时采用的酸为氢氟酸。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（2）中微波刻蚀时本体g-C3N4用量为0.5-2 g，氢氟酸溶液用量为5-20 ml，浓度为0.1-3 mol/L。
上述任一方案中优选的是，所述微波刻蚀时本体g-C3N4用量为0.5 g，氢氟酸溶液用量为10 ml，浓度为0.1 mol/L。
上述任一方案中优选的是，所述微波刻蚀时本体g-C3N4用量为1g，氢氟酸溶液用量为15 ml，浓度为0.5 mol/L。
上述任一方案中优选的是，所述微波刻蚀时本体g-C3N4用量为2 g，氢氟酸溶液用量为20 ml，浓度为1 mol/L。
上述任一方案中优选的是，所述微波刻蚀时本体g-C3N4用量为2 g，氢氟酸溶液用量为20 ml，浓度为2 mol/L。
上述任一方案中优选的是，所述微波刻蚀时本体g-C3N4用量为2 g，酸溶液用量为20 ml，浓度为3 mol/L。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（2）微波刻蚀时微波消解仪的温度为100 ℃-180 ℃，以10-50 ℃/min的加热速度进行升温。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（2）微波刻蚀时微波消解仪的温度为120 ℃-170℃，以15-45℃/min的加热速度进行升温。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（2）微波刻蚀时微波消解仪的温度为140 ℃-165 ℃，以20℃-40℃/min的加热速度进行升温。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（2）微波刻蚀时微波消解仪的温度为100 ℃，以10 ℃/min的加热速度进行升温。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（2）微波刻蚀时微波消解仪的温度为120 ℃，以15 ℃/min的加热速度进行升温。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（2）微波刻蚀时微波消解仪的温度为140 ℃，以20 ℃ /min的加热速度进行升温。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（2）微波刻蚀时微波消解仪的温度为150 ℃，以30 ℃/min的加热速度进行升温。
上述任一方案中优选的是，所述微波刻蚀设置参数为：温度为150 ℃；压力上限默认值100；温度的升温时间为5 min；阶段总时间为20 min；功率最大占比默认值为99。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（2）微波刻蚀时微波消解仪的温度为165 ℃，以40 ℃/min的加热速度进行升温。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（2）微波刻蚀时微波消解仪的温度为180 ℃，以50 ℃/min的加热速度进行升温。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（3）中清洗时分别依次加入10 ml去离子水和乙醇离心清洗。清洗三次。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（3）中真空烘干温度为50-100 ℃，烘干时间为1-10 h。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（3）中烘干温度为50 ℃，烘干时间为10 h。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（3）中烘干温度为75 ℃，烘干时间为3 h。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（3）中烘干温度为100 ℃，烘干时间为1 h。
本发明还公开一种上述新型微波法制备F掺杂的g-C3N4材料在光催化降解PPCPs的应用。
优选的是，所述PPCPs包括双氯芬酸钠、苯酚、双酚A中的至少一种。
本发明还公开了上述新型微波法制备F掺杂的g-C3N4在光催化降解PPCPs中的应用方法，包括以下步骤：
（1）将所述新型微波法制备的F掺杂g-C3N4材料加入到PPCPs溶液中，超声处理，搅拌，得第一混合液；
（2）将所述第一混合液进行光降解。
优选的是，所述步骤（1）中超声处理时间为0.5-1 h，搅拌时间为0.5-1 h。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中超声处理时间为0.5 h，搅拌时间为0.5h。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中超声处理时间为0.8 h，搅拌时间为0.8h。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中超声处理时间为 1 h，搅拌时间为1 h。
上述任一方案中优选的是， 所述步骤（1）中F掺杂g-C3N4材料用量为10-40 mg。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中F掺杂g-C3N4材料用量为10 mg。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中F掺杂g-C3N4材料用量为25 mg。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中F掺杂g-C3N4材料用量为40 mg。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中PPCPs包括双氯芬酸钠、苯酚和双酚A中的至少一种，溶液的浓度≥0.1 ppm。
上述任一方案中优选的是，所述溶液浓度为5 ppm。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（2）中光降解时光照采用波长λ＜1000 nm的光源照射，光照降解时间为2-8 h。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（2）光照降解时间为2 h。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（2）光照降解时间为4h。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（2）光照降解时间为6 h。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（2）光照降解时间为8h。
上述任一方案中优选的是，所述可见光波长λ≥420 nm。
有益效果：
本发明公开了一种新型微波法制备F掺杂的g-C3N4材料及其应用，采用热聚合法制备本体g-C3N4材料，使用微波消解仪对制得的本体g-C3N4进行微波刻蚀，使其表面形成氮空位，据此得到F掺杂g-C3N4材料。
本发明的新型微波法制备F掺杂的g-C3N4材料在其表面形成氮空位，并将F原子引入氮空位，与C原子形成C-F键，导致电子分布不均从而形成表面极化场，降低材料表面的空穴电子复合率，增强光催化剂活性。
本发明通过氢氟酸或含氟元素的盐溶液微波缺陷处理后制得的F掺杂g-C3N4材料，可大批量应用于光催化降解PPCPs领域。
本发明新型微波法制备F掺杂g-C3N4材料在其表面形成氮空位，并将F原子引入氮空位，与C原子形成C-F键，导致电子分布不均从而形成表面极化场，降低材料表面的空穴电子复合率，增强光催化剂活性。本发明的新型微波法制备F掺杂g-C3N4材料光催化材料对双氯芬酸钠、苯酚和双酚A的降解率分别为100%，55％和65％，均优于本体g-C3N4。
本发明工艺简单，适合于工业化大批量生产，并且将光催化降解技术应用于降解PPCPs领域，具有很高的应用前景和实用价值。
附图说明
图1（a）为F掺杂g-C3N4的扫描电镜图，图1(b)为F掺杂g-C3N4的透射电镜图；
图2为氢氟酸制备F掺杂g-C3N4、本体g-C3N4和在水中刻蚀g-C3N4的傅氏转换红外线光谱图；
图3为氢氟酸制备F掺杂g-C3N4、本体g-C3N4和在水中刻蚀g-C3N4的荧光光谱图；
图4为可见光波长λ≥420 nm的条件下，氢氟酸制备F掺杂g-C3N4光催化降解苯酚（phOH）的降解图；
图5为可见光波长λ≥420 nm的条件下，氢氟酸制备F掺杂g-C3N4光催化降解双酚A（BPA）的降解图；
图6为可见光波长λ≥420 nm的条件下，氢氟酸制备F掺杂g-C3N4光催化降解双氯芬酸钠（DCF）的降解图；
图7（a）为g-C3N4模型图；图7（b）为F掺杂的g-C3N4模型图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明的技术特征，下面结合具体实施例对本发明进行详细地阐述。实施例只对本发明具有示例性的作用，而不具有任何限制性的作用，本领域的技术人员在本发明的基础上做出的任何非实质性的修改，都应属于本发明的保护范围。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。本发明中使用的反应物双氰胺、三聚氰胺、尿素、硫脲、氢氟酸、乙醇、双氯芬酸钠、乙腈、甲醇等均为市售分析纯，去离子水是自制的。
本发明采用日本Hitachi公司的SU-8000扫描电子显微镜进行SEM测试，加速电压为100 kV，观察尺度为500 nm。
采用日本Hitachi公司的HT7700透射电子显微镜进行TEM测试，加速电压为100kV。
采用德国Bruker VERTEX 700型的红外光谱仪进行官能团结构的分析，扫描的波数范围是4000-600 cm−1。
在1000 w氙灯模拟太阳光（λ≥420 nm）照射下，在多位置光化学反应器中进行了光催化实验。使用日本LC-20AT的高效液相色谱系统，在270 nm、270 nm和275 nm处使用可调谐紫外吸收检测器和Roc-C18柱（150 mm×4.6 mm, 5 μm）分别测定双氯芬酸钠、苯酚和双酚A的浓度。
测定双氯芬酸钠溶液流动相：乙腈/0.1%甲酸水溶液= 60/40 (V/V)；流速1.0 mL/min；柱温25 ℃；进样量10 μL；紫外检测器，检测波长275 nm。测定苯酚溶液流动相：乙腈/水 = 40/60 (V/V)；流速1.0 mL/min；柱温25 ℃；进样量10 μL；紫外检测器，检测波长270nm。测定双酚A溶液流动相：乙腈/水 = 50/50 (V/V)；流速1.0 mL/min；柱温25 ℃；进样量10 μL；紫外检测器，检测波长270 nm。
实施例1
1）新型微波刻蚀F掺杂g-C3N4光催化材料的制备
称取10-15 g的前驱体尿素粉末倒入带盖的氧化铝坩埚中，并将其整体密封完成后置于马弗炉中，然后设置升温速率为10 ℃/min加热至550 ℃，并在此温度保持3 h。烧制完成后取出反应物，充分冷却后将其放入研钵并研磨至粉末状，无明显颗粒物，制得本体g-C3N4样品。
2）使用0.1 mol/L氢氟酸溶液，用微波消解仪对制得的本体g-C3N4进行微波刻蚀：
①准备环节，启动微波消解仪，检查管道通畅后打开通风橱;
②样品装载，使用分析天平准确称取氮化碳粉末1 g，再使用移液枪量取氢氟酸15 ml，浓度为0.1 mol/L，共同加入聚四氟乙烯的消解罐。盖上消解罐帽，并安装上防爆片，再使用工具拧紧外罐帽，将消解罐对号入座放入仪器中，并固定在转子轴上。空着的消解位置切记使用专用的密封帽将排气口密封严。最后，盖好消解仪的外盖，再次检查并拧紧排气管；
③参数设置环节，在微波消解仪创建新的消解方法，并修改相应参数。具体为温度（temperature）：150 ℃；压力上限（pressure）：默认值100；从上一步骤设定温度升到此步骤设定温度的升温时间（ramp）：5 min（即30 ℃/min的加热速度进行升温）；阶段总时间（time含左侧升温时间）：20 min；功率最大占比（power）：默认值99；
④执行消解环节，根据实际情况设置所放入的消解罐体数量；
⑤结束环节，当消解时间完成后，仍需要再冷却10 min左右才可以打开消解仪的外盖，取出消解罐，此时消解罐仍尚有余温，所以需要将其放置到通风处再冷却20 min后便可打开消解罐取出样品；
⑥转移样品环节，待消解罐取出冷却后，在通风橱内操作，将释放气体的出气口对着没有人的方向，然后缓慢地逆时针旋转将消解罐帽取下，待烟雾消失后可以倒出样品液体至离心管中。倒出过程中如有残留，可使用少许蒸馏水润洗消解罐；
⑦清洗环节，每次用完消解罐都需要蒸馏水冲洗两遍，再使用浓度较低的稀硝酸溶液浸泡冲洗。
3）将冷却后的样品离心清洗，离心机的转速为3000转/分，离心时间10 min。保持同一批离心操作的样品质量一致，待离心结束后取出离心管，缓慢将上清液倒去。重复上述操作，分别依次加入10 ml去离子水和乙醇离心清洗3次。使用药匙将离心清洗完成的剩余样品转入玻璃蒸发皿中，将样品用烘箱烘干，烘箱烘干温度为75 ℃，时间为10 h。待样品和玻璃蒸发皿冷却至室温，使用药匙轻轻将固体样品刮下。固体粉末转移至玛瑙研钵中，细致研磨至无明显颗粒，后得表面缺陷型的F掺杂g-C3N4光催化材料。
图7（a）为g-C3N4模型图；图7（b）为F掺杂的g-C3N4模型图。本体g-C3N4通常具有块状结构和部分环结构，而由图1可知，F掺杂的g-C3N4沿边缘破裂，这表明氢氟酸在微波刻蚀过程中与尿素（作为前体）反应导致本体g-C3N4骨架碎裂，这也进一步表明纳米尺寸的特征。F掺杂g-C3N4具有片状结构且沿边缘破裂，这也表明氢氟酸在微波消化过程中将本体g-C3N4转变成破碎的片状结构方面发挥了关键作用。
实施例2
结合图2傅氏转换红外线光谱图可知，2800至3400 cm-1的宽吸收峰是由于N-H拉伸模式和表面吸附的H2O所致。在1200至1700 cm-1范围内的一系列峰对应于C-N杂环的典型C-N拉伸模式。在808 cm-1处的尖峰归属于共轭庚嗪杂环的环形呼吸振动模式的特征。在三个样品的FTIR中未观察到明显的变化，只是FT-IR谱带的强度略有降低，证明了引入F原子后，整体g-C3N4的结构完整性保持不变。此外，F掺杂的g-C3N4（-4.063 mV）和本体g-C3N4（-3.29mV）显示出负的Zeta电位，表明g-C3N4结构上存在净正表面电荷。Zeta电位的微小变化证明在微波刻蚀期间发生了腐蚀和剥落，并且F原子成功地引入了氮化碳骨架中。
实施例3
氢氟酸制备F掺杂g-C3N4、本体g-C3N4和水消解g-C3N4的荧光光谱图，如图3所示，样品均表现出以约450 nm为中心的宽发射峰，并且尾部延伸至700 nm。与本体g-C3N4和水消解g-C3N4相比，F掺杂g-C3N4具有更弱的发射峰，表现出显着的荧光猝灭行为，由于电子-空穴对的迁移增强，高度抑制了载流子的复合，说明经过氢氟酸微波刻蚀后材料的光催化活性明显改善。
实施例4 新型微波法制备F掺杂g-C3N4对光催化降解phOH的影响
实验组：
1）将实施例1制备的25 mg F掺杂g-C3N4加入到50 mL浓度为5 ppm的phOH水溶液中，先超声处理0.5 h，温度设置为25 ℃，再搅拌0.5 h，使溶液呈均匀混合液，以达到吸附平衡，得第一混合液；
2）将所述第一混合液浓度作为起始浓度，然后利用波长λ≥420 nm的可见光对所述第一混合液进行光降解7.5 h，每1.5 h取一次样，取样约2 ml，样品进行离心处理，离心机转速为3000转/分，时间10 min，取离心后的上清液放入棕色液相小瓶中，棕色液相小瓶放入4℃冰箱保存备用。采用高效液相色谱对取样进行检测，流动相：乙腈/水 = 40/60 (V/V)；流速1.0 mL/min；柱温25 ℃；进样量10 μL；紫外检测器，检测波长270 nm。检测结果如图4所示。
从图4可以看出，F掺杂g-C3N4在7.5 h后对phOH的降解率为55％，高于本体g-C3N4的27%。
实施例5 新型微波法制备F掺杂g-C3N4对光催化降解BPA的影响。
实验组：
1）将25 mg 实施例1制备的F掺杂g-C3N4加入到50 mL浓度为5 ppm的BPA溶液中，先超声处理0.5 h，再搅拌0.5 h，使材料达到吸附平衡，得第一混合液；
2）将所述第一混合液浓度作为起始浓度，然后利用波长λ≥420 nm的可见光对所述第一混合液进行光降解7.5 h，每1.5 h取一次样，取样约2 ml，样品进行离心处理，离心机转速为3000转/分，时间10 min，取离心后的上清液放入棕色液相小瓶中，棕色液相小瓶放入4℃冰箱保存备用。采用高效液相色谱对取样进行检测，流动相：乙腈/水 = 50/50 (V/V)；流速1.0 mL/min；柱温25 ℃；进样量10 μL；紫外检测器，检测波长270 nm。检测结果如图5所示。
对照组1：除将实验组中的“F掺杂g-C3N4”换成“本体g-C3N4”，之外，其它均与实验组相同的方式进行。
从图5可以看出，F掺杂g-C3N4在7.5 h后对BPA的降解率为65％，高于本体g-C3N4的37％。
实施例6 新型微波法制备F掺杂g-C3N4对光催化降解DCF的影响。
实验组：
1）将25 mg 实施例1制备的F掺杂g-C3N4加入到50 mL浓度为5 ppm的DCF水溶液中，先超声处理0.5 h，再搅拌0.5 h，使材料达到吸附平衡，得第一混合液；
2）将所述第一混合液浓度作为起始浓度，然后利用波长λ≥420 nm的可见光对所述第一混合液进行光降解7.5 h，每1.5 h取一次样取样约2 ml，样品进行离心处理，离心机转速为3000 r/min，时间10 min，取离心后的上清液放入棕色液相小瓶中，棕色液相小瓶放入4℃冰箱保存备用。采用高效液相色谱对取样进行检测，流动相：乙腈/0.1%甲酸水溶液 =60/40 (V/V)；流速1.0 mL/min；柱温25 ℃；进样量10 μL；紫外检测器，检测波长275 nm。
对照组1：除将实验组中的“F掺杂g-C3N4”换成“本体g-C3N4”，之外，其它均与实验组相同的方式进行。
从图6可以看出，F掺杂g-C3N4在1.5 h后对DCF溶液的降解率为95.2％，高于本体g-C3N4的92.2％，并且在3 h后降解率几乎达到100％。
实施例7
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4光催化材料的制备方法，和实施例1相似，不同的是，利用马弗炉制备本体g-C3N4，升温速率为2 ℃/min加热至450 ℃，并在此温度保持10 h。
实施例8
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4光催化材料的制备方法，和实施例1相似，不同的是，利用马弗炉制备本体g-C3N4，升温速率为5 ℃/min加热至480 ℃，并在此温度保持8 h。
实施例9
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4光催化材料的制备方法，和实施例1相似，不同的是，利用马弗炉制备本体g-C3N4，升温速率为10 ℃/min加热至500 ℃，并在此温度保持4 h。
实施例10
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4光催化材料的制备方法，和实施例1相似，不同的是，利用马弗炉制备本体g-C3N4，设置升温速率为15 ℃/min加热至525 ℃，并在此温度保持3h。
实施例11
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4光催化材料的制备方法，和实施例1相似，不同的是，利用马弗炉制备本体g-C3N4，设置升温速率为20 ℃/min加热至550 ℃，并在此温度保持2h。
实施例12
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4光催化材料的制备方法，和实施例1相似，不同的是，利用马弗炉制备本体g-C3N4，设置升温速率为25 ℃/min加热至650 ℃，并在此温度保持2h。
实施例13
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4光催化材料的制备方法，和实施例1相似，不同的是，利用马弗炉制备本体g-C3N4，设置升温速率为30 ℃/min加热至700 ℃，并在此温度保持1h。
实施例14
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4的制备方法，和实施例1相似，不同的是，前驱体为双氰胺。
实施例15
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4的制备方法，和实施例1相似，不同的是，前驱体为三聚氰胺。
实施例16
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4的制备方法，和实施例1相似，不同的是，前驱体为硫脲。
实施例17
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4的制备方法，和实施例1相似，不同的是，前驱体用量为10 g。
实施例18
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4的制备方法，和实施例1相似，不同的是，前驱体用量为12 g。
实施例19
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4的制备方法，和实施例1相似，不同的是，微波刻蚀时g-C3N4用量为0.5 g，氢氟酸溶液用量为10 ml，浓度为0.2 mol/L。
实施例20
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4的制备方法，和实施例1相似，不同的是，微波刻蚀时本体g-C3N4用量为2 g，氢氟酸溶液用量为20 ml，浓度为1 mol/L。
实施例21
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4的制备方法，和实施例1相似，不同的是，微波刻蚀时采用含氟元素的盐溶液，用量为5-20 ml，浓度为0.1-3 mol/L，可以再适量范围内调整。
实施例22
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4的制备方法，和实施例1相似，不同的是，样品烘干温度为50 ℃，烘干时间为10 h。
实施例23
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4的制备方法，和实施例1相似，不同的是，样品烘干温度为100 ℃，烘干时间为5 h。
实施例24
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4的制备方法，和实施例1相似，不同的是，微波刻蚀时微波消解仪的温度为100 ℃，以10 ℃/min的加热速度进行升温。
实施例25
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4的制备方法，和实施例1相似，不同的是，微波刻蚀时微波消解仪的温度为120 ℃，以15 ℃/min的加热速度进行升温。
实施例26
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4的制备方法，和实施例1相似，不同的是，微波刻蚀时微波消解仪的温度为140 ℃，以20 ℃ /min的加热速度进行升温。
实施例27
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4的制备方法，和实施例1相似，不同的是，微波刻蚀时微波消解仪的温度为165 ℃，以40 ℃ /min的加热速度进行升温。
实施例28
一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4的制备方法，和实施例1相似，不同的是，微波刻蚀时微波消解仪的温度为180℃，以50 ℃/min的加热速度进行升温。
实施例7-实施例28新型微波法制备F掺杂的g-C3N4材料也同样具有片状结构且沿边缘破裂，与本体g-C3N4和水消解g-C3N4相比，F掺杂g-C3N4具有更弱的发射峰，经过氢氟酸或含氟元素的盐溶液微波刻蚀后材料的光催化活性明显改善。制备的新型微波刻蚀制备表面缺陷型F掺杂g-C3N4光催化材料对phOH、BPA和DCF的降解率均显著高于本体g-C3N4降解率。
实施例29
新型微波法制备F掺杂g-C3N4材料在光催化降解PPCPs中的应用方法，和实施例4相似，不同的是，超声处理时间为0.8 h，搅拌时间为0.8 h。
实施例30
新型微波法制备F掺杂g-C3N4材料在光催化降解PPCPs中的应用方法，和实施例4相似，不同的是，超声处理时间为1 h，搅拌时间为1 h。
实施例31
新型微波法制备F掺杂g-C3N4材料在光催化降解PPCPs中的应用方法，和实施例4相似，不同的是，F掺杂g-C3N4材料用量为10 mg。
实施例32
新型微波法制备F掺杂g-C3N4材料在光催化降解PPCPs中的应用方法，和实施例4相似，不同的是，F掺杂g-C3N4材料用量为20 mg。
实施例33
新型微波法制备F掺杂g-C3N4材料在光催化降解PPCPs中的应用方法，和实施例4相似，不同的是，F掺杂g-C3N4材料用量为40 mg。
实施例34
新型微波法制备F掺杂g-C3N4材料在光催化降解PPCPs中的应用方法，和实施例4相似，不同的是，溶液浓度为6 ppm。
实施例35
新型微波法制备F掺杂g-C3N4材料在光催化降解PPCPs中的应用方法，和实施例4相似，不同的是，溶液浓度为15 ppm。
实施例36
新型微波法制备F掺杂g-C3N4材料在光催化降解PPCPs中的应用方法，和实施例4相似，不同的是，光照降解时间为2 h。
实施例37
新型微波法制备F掺杂g-C3N4材料在光催化降解PPCPs中的应用方法，和实施例4相似，不同的是，光照降解时间为3 h。
实施例38
新型微波法制备F掺杂g-C3N4材料在光催化降解PPCPs中的应用方法，和实施例4相似，不同的是，光照降解时间为6 h。
根据实施例29-实施例38的新型微波法制备F掺杂g-C3N4材料在光催化降解PPCPs中的应用方法，对phOH、BPA和DCF的降解率均显著高于本体g-C3N4降解率。
需要说明的是，以上实施例仅是为了理解本发明，本发明不限于该实施例，凡在本发明的技术方案基础上所做的技术特征的添加、等同替换或修改，均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型微波法制备F掺杂的g-C3N4光催化材料，其特征在于：采用本体g-C3N4通过微波刻蚀后获得，分子式为g-C3NaFb，式中a＋b＝4。
2.一种如权利要求1所述的新型微波法制备F掺杂的g-C3N4光催化材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）选用前驱体制备本体g-C3N4材料；
（2）对制得的本体g-C3N4进行微波刻蚀，制备F掺杂g-C3N4材料；
（3）将制得的F掺杂g-C3N4离心清洗，去上清液，清洗，真空烘干既得。
3.根据权利要求2所述的F掺杂g-C3N4材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中利用马弗炉制备本体g-C3N4，设置升温速率为2-30 ℃/min加热至450-700 ℃，并在此温度保持1-10 h。
4.根据权利要求2所述的F掺杂g-C3N4光催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的前驱体是尿素、双氰胺、三聚氰胺或硫脲中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的F掺杂g-C3N4光催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的微波刻蚀时采用氢氟酸和/或含氟元素的盐溶液为介质。
6.根据权利要求2所述的新型微波法制备F掺杂g-C3N4光催化材料，其特征在于：所述步骤（2）微波刻蚀时微波消解仪的温度为100 ℃-180 ℃，以10-50 ℃/min的加热速度进行升温。
7.根据权利要求2所述的新型微波法制备F掺杂g-C3N4光催化材料，其特征在于：所述步骤（3）中清洗时分别依次加入10 ml去离子水和乙醇离心清洗。
8.根据权利要求2所述的新型微波法制备F掺杂光催化材料，其特征在于：所述步骤（3）中烘干温度为50-100 ℃，烘干时间为1-10 h。
9.一种如权利要求2-8中任一项所述的合成方法制备的F掺杂g-C3N4材料在光催化降解PPCPs的应用。
10.一种如权利要求2-8中任一项所述的合成方法制备的F掺杂g-C3N4材料在光催化降解PPCPs中的应用方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将所述新型微波法制备的F掺杂g-C3N4材料加入到PPCPs溶液中，超声处理，搅拌，得第一混合液；
（2）将所述第一混合液进行光降解。
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