CN113663715A - 一种P掺杂g-C3N4片状光催化剂及其制备方法、应用 - Google Patents
一种P掺杂g-C3N4片状光催化剂及其制备方法、应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113663715A CN113663715A CN202111117317.XA CN202111117317A CN113663715A CN 113663715 A CN113663715 A CN 113663715A CN 202111117317 A CN202111117317 A CN 202111117317A CN 113663715 A CN113663715 A CN 113663715A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- doped
- photocatalyst
- sheet
- preparation
- urea
- 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.)
- Granted
Links
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 31
- GBSNLNBWOSPBKP-UHFFFAOYSA-N O.OCC(P(O)(O)=O)P(O)(O)=O Chemical compound O.OCC(P(O)(O)=O)P(O)(O)=O GBSNLNBWOSPBKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000012719 thermal polymerization Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 16
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 16
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 14
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 229960005404 sulfamethoxazole Drugs 0.000 abstract description 19
- JLKIGFTWXXRPMT-UHFFFAOYSA-N sulphamethoxazole Chemical compound O1C(C)=CC(NS(=O)(=O)C=2C=CC(N)=CC=2)=N1 JLKIGFTWXXRPMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 19
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 abstract description 8
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 abstract description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 15
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GXMHDTPYKRTARV-UHFFFAOYSA-N 4-diphenylphosphanylbenzoic acid Chemical compound C1=CC(C(=O)O)=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 GXMHDTPYKRTARV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 229960000789 guanidine hydrochloride Drugs 0.000 description 1
- PJJJBBJSCAKJQF-UHFFFAOYSA-N guanidinium chloride Chemical compound [Cl-].NC(N)=[NH2+] PJJJBBJSCAKJQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UBIJTWDKTYCPMQ-UHFFFAOYSA-N hexachlorophosphazene Chemical compound ClP1(Cl)=NP(Cl)(Cl)=NP(Cl)(Cl)=N1 UBIJTWDKTYCPMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000004298 light response Effects 0.000 description 1
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 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
- CCHNOBQMQBSRHQ-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid;7h-purin-6-amine Chemical compound OP(O)(O)=O.NC1=NC=NC2=C1NC=N2 CCHNOBQMQBSRHQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- PNGLEYLFMHGIQO-UHFFFAOYSA-M sodium;3-(n-ethyl-3-methoxyanilino)-2-hydroxypropane-1-sulfonate;dihydrate Chemical compound O.O.[Na+].[O-]S(=O)(=O)CC(O)CN(CC)C1=CC=CC(OC)=C1 PNGLEYLFMHGIQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B01J35/39—
-
- 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
-
- 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
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/40—Organic compounds containing sulfur
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明属于P掺杂g‑C3N4催化剂技术领域，具体涉及一种P掺杂g‑C3N4片状光催化剂及其制备方法、应用，以尿素为前驱体，以羟基乙叉二膦酸‑水合物为磷源，通过热聚合法制备P掺杂的g‑C3N4片状光催化剂；其制备方法包括如下：S1、将尿素和羟基乙叉二膦酸‑水合物溶解于无水乙醇中得到混合液，搅拌、烘干得到混合物；S2、进行保温煅烧；S3、煅烧结束后，进行水洗、醇洗，然后烘干得到P掺杂g‑C3N4片状光催化剂。本发明通过热聚合法制备P掺杂的g‑C3N4片状光催化剂，相比于以尿素制备出的g‑C3N4，通过调控P的掺杂量使g‑C3N4具有高效可见光催化活性，能显著提高可见光下降解磺胺甲恶唑的效率，在去除水中有机污染物方面有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于P掺杂g-C3N4催化剂技术领域，具体涉及一种P掺杂g-C3N4片状光催化剂及其制备方法、应用。
背景技术
在能源危机和环境污染两大危机下，g-C3N4作为一种非金属半导体材料，由于具有原材料易得、无生物毒性、耐光腐蚀、性质稳定等诸多优点，成为了环境领域的研究热点。但是，g-C3N4的比表面积小、可见光捕获能力有限、光生电子对复合快等缺点，限制了其对可见光的利用率，导致g-C3N4的光催化活性并不理想。目前，研究者们使用各种方法来提高g-C3N4的光催化活性，如对g-C3N4进行结构设计、超分子组装、构建异质结以及元素掺杂等。在这些方法中，将金属及非金属元素掺杂到g-C3N4骨架中可以明显地调节其能带结构，显著地扩展其可见光响应范围，并提高g-C3N4的光催化活性。而金属元素掺杂法的成本往往较高，且金属元素可能会在水环境中溶出，对环境产生了潜在威胁。所以，无毒性的P、C等非金属元素掺杂成为了研究热点。
目前，在制备P掺杂g-C3N4的方法中，大多数研究者采用尿素、硫脲、三聚氰胺或者盐酸胍为g-C3N4的前驱体，以六氯环三磷腈、磷酸、腺嘌呤磷酸盐、六氟磷酸、4-二苯基膦苯甲酸等为磷源，通过热聚合的方法来制备P掺杂g-C3N4光催化剂。在用到的磷源中，存在着磷源具有腐蚀性、用量多或原料成本高等问题。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供了一种P掺杂g-C3N4片状光催化剂及其制备方法，从对环境友好、降低制备成本和提高光催化活性的角度出发，提出了以廉价的尿素为富含C、N元素的前驱体，以羟基乙叉二膦酸—水合物为磷源，通过热聚合法对g-C3N4进行P掺杂以提高其光催化活性。
本发明的目的之一是提供一种P掺杂g-C3N4片状光催化剂，以尿素为前驱体，以羟基乙叉二膦酸-水合物为磷源，通过热聚合法制备P掺杂的g-C3N4片状光催化剂。
本发明的目的之二是提供上述P掺杂g-C3N4片状光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、将尿素和羟基乙叉二膦酸-水合物溶解于无水乙醇中得到混合液，室温下搅拌，然后烘干得到混合物；
S2、将S1得到的混合物放入容器中，并用锡箔纸包裹，放置于炉膛，然后升温至500～550℃，再进行保温煅烧；
S3、煅烧结束后，待温度降为室温，将得到的样品依次进行水洗、醇洗，然后烘干得到P掺杂g-C3N4片状光催化剂。
优选的，S1中，所述尿素和羟基乙叉二膦酸-水合物的质量比10:0.01～0.1。
优选的，S1中，所述尿素和无水乙醇的质量体积比为10g:40mL。
优选的，S1中，所述搅拌的时间为3h～5h。
优选的，S1中，烘干的温度为40～80℃。
优选的，S2中，所述升温的速率为0.5～2.3℃/min。
优选的，S2中，保温时间为3h。
优选的，S3中，所述烘干的温度为50～80℃。
本发明的目的之三是提供上述P掺杂g-C3N4片状光催化剂在去除水中有机污染物中的应用。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
1、本发明从对环境友好、降低制备成本和提高光催化活性的角度出发，提出了以廉价的尿素为富含C、N元素的前驱体，以羟基乙叉二膦酸-水合物为磷源，通过热聚合法将P原子引入到g-C3N4结构中，增加了杂质能级，进而提高光致载流子的光吸收能力和分离效率，极大地提高了g-C3N4的可见光催化活性。
2、本发明制备的P掺杂g-C3N4片状光催化剂以廉价的尿素为前驱体，掺杂少量的羟基乙叉二膦酸-水合物，就能实现提高g-C3N4可见光催化活性的目的；且制备工艺简单，反应设备简单，成本低廉，可用于大规模化生产。
3、本发明提供的制备P掺杂g-C3N4片状光催化剂的方法，通过调控P的掺杂量能显著提高可见光下降解磺胺甲恶唑的效率，在去除水中有机污染物方面有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明中制备的P掺杂g-C3N4及g-C3N4片状光催化剂的X射线衍射图；
图2为本发明中实施例2制备的P掺杂g-C3N4片状光催化剂的扫描显微镜及表面成分分析图；其中(a)为扫描显微镜图，(b)为C元素表面分布图，(c)为P元素表面分布图，(d)为N元素表面分布图；
图3为本发明中制备的P掺杂g-C3N4及g-C3N4片状光催化剂的紫外可见漫反射光谱图；
图4为本发明中制备的P掺杂g-C3N4及g-C3N4片状光催化剂在可见光下的瞬态光电流响应图；
图5为本发明制备的P掺杂g-C3N4及g-C3N4片状光催化剂在可见光下降解磺胺甲恶唑的曲线图；
图6为本发明制备的P掺杂g-C3N4及g-C3N4片状光催化剂在可见光下降解磺胺甲恶唑的动力学图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围，除非另有特别说明，本发明以下各实施例中用到的各种原料、试剂、仪器和设备均可通过市场购买得到或者通过现有方法制备得到。
实施例1
一种P掺杂g-C3N4片状光催化剂，以尿素为前驱体，以羟基乙叉二膦酸-水合物为磷源，通过热聚合法制备P掺杂的g-C3N4片状光催化剂。
上述P掺杂g-C3N4片状光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、将10.0g尿素和0.01g羟基乙叉二膦酸—水合物溶解于40mL无水乙醇中得到混合液，在室温下搅拌3h，然后在70℃下烘干得到混合物；
S2、将S1得到的混合物放入氧化铝坩埚中，并用锡箔纸包裹好，加盖子放置于马弗炉炉膛中央，以2.3℃/min的升温速率升至550℃，并在该温度下保持3h；
S3、煅烧结束后，待膛内温度降为室温，将坩埚内得到的固体水洗4次、甲醇洗3次后，然后在60℃的温度下烘干得到P掺杂g-C3N4片状光催化剂。
实施例2
一种P掺杂g-C3N4片状光催化剂，以尿素为前驱体，以羟基乙叉二膦酸-水合物为磷源，通过热聚合法制备P掺杂的g-C3N4片状光催化剂。
上述P掺杂g-C3N4片状光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、将10.0g尿素和0.03g羟基乙叉二膦酸—水合物溶解于40mL无水乙醇中得到混合液，在室温下搅拌3h，然后在70℃下烘干得到混合物；
S2、将S1得到的混合物放入氧化铝坩埚中，并用锡箔纸包裹好，加盖子放置于马弗炉炉膛中央，以2.3℃/min的升温速率升至550℃，并在该温度下保持3h；
S3、煅烧结束后，待膛内温度降为室温，将坩埚内得到的固体水洗4次、甲醇洗3次后，然后在80℃的温度下烘干得到P掺杂g-C3N4片状光催化剂。
实施例3
一种P掺杂g-C3N4片状光催化剂，以尿素为前驱体，以羟基乙叉二膦酸-水合物为磷源，通过热聚合法制备P掺杂的g-C3N4片状光催化剂。
上述P掺杂g-C3N4片状光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、将10.0g尿素和0.05g羟基乙叉二膦酸—水合物溶解于40mL无水乙醇中得到混合液，在室温下搅拌3h，然后在70℃下烘干得到混合物；
S2、将S1得到的混合物放入氧化铝坩埚中，并用锡箔纸包裹好，加盖子放置于马弗炉炉膛中央，以2.3℃/min的升温速率升至550℃，并在该温度下保持3h；
S3、煅烧结束后，待膛内温度降为室温，将坩埚内得到的固体水洗4次、甲醇洗3次后，然后在70℃的温度下烘干得到P掺杂g-C3N4片状光催化剂。
实施例4
一种P掺杂g-C3N4片状光催化剂，以尿素为前驱体，以羟基乙叉二膦酸-水合物为磷源，通过热聚合法制备P掺杂的g-C3N4片状光催化剂。
上述P掺杂g-C3N4片状光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、将10.0g尿素和0.1g羟基乙叉二膦酸—水合物溶解于40mL无水乙醇中得到混合液，在室温下搅拌3h，然后在70℃下烘干得到混合物；
S2、将S1得到的混合物放入氧化铝坩埚中，并用锡箔纸包裹好，加盖子放置于马弗炉炉膛中央，以2.3℃/min的升温速率升至550℃，并在该温度下保持3h；
S3、煅烧结束后，待膛内温度降为室温，将坩埚内得到的固体水洗4次、甲醇洗3次后，然后在60℃的温度下烘干得到P掺杂g-C3N4片状光催化剂。
实施例5
一种P掺杂g-C3N4片状光催化剂，以尿素为前驱体，以羟基乙叉二膦酸-水合物为磷源，通过热聚合法制备P掺杂的g-C3N4片状光催化剂。
上述P掺杂g-C3N4片状光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、将10.0g尿素和0.1g羟基乙叉二膦酸—水合物溶解于40mL无水乙醇中得到混合液，在室温下搅拌5h，然后在40℃下烘干得到混合物；
S2、将S1得到的混合物放入氧化铝坩埚中，并用锡箔纸包裹好，加盖子放置于马弗炉炉膛中央，以0.5℃/min的升温速率升至500℃，并在该温度下保持3h；
S3、煅烧结束后，待膛内温度降为室温，将坩埚内得到的固体水洗3次、甲醇洗3次后，然后在50℃的温度下烘干得到P掺杂g-C3N4片状光催化剂。
实验证明，本实施例所获得P掺杂的g-C3N4片状光催化剂的表征数据与实施例4无实质性差别。
实施例6
一种P掺杂g-C3N4片状光催化剂，以尿素为前驱体，以羟基乙叉二膦酸-水合物为磷源，通过热聚合法制备P掺杂的g-C3N4片状光催化剂。
上述P掺杂g-C3N4片状光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、将10.0g尿素和0.1g羟基乙叉二膦酸—水合物溶解于40mL无水乙醇中得到混合液，在室温下搅拌4h，然后在80℃下烘干得到混合物；
S2、将S1得到的混合物放入氧化铝坩埚中，并用锡箔纸包裹好，加盖子放置于马弗炉炉膛中央，以1.5℃/min的升温速率升至530℃，并在该温度下保持3h；
S3、煅烧结束后，待膛内温度降为室温，将坩埚内得到的固体水洗4次、甲醇洗4次后，然后在80℃的温度下烘干得到P掺杂g-C3N4片状光催化剂。
实验证明，本实施例所获得P掺杂的g-C3N4片状光催化剂的表征数据与实施例4无实质性差别。
对比例1
一种g-C3N4片状光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、将10.0g尿素放入氧化铝坩埚中，并用锡箔纸包裹好，加盖子放置于马弗炉炉膛中央，以2.3℃/min的升温速率升至550℃，并在该温度下保持3h；
S2、煅烧结束后，待膛内温度降为室温，将坩埚内得到的固体水洗4次、醇洗3次后，然后在60℃的温度下烘干得到g-C3N4片状光催化剂。
将实施例1-4制备的P掺杂g-C3N4和对比例1制备的g-C3N4的X射线衍射图进行对比，结果如图1所示；从图1中可以看出，实施例1-4中制备的P掺杂g-C3N4片状光催化剂，以及对比例1中制备的g-C3N4的光催化剂都具有较好的晶型，且XRD图与石墨相氮化碳g-C3N4的标准图谱(No.87-1526)相对应，说明实施例1-4和对比例1制备的材料均为石墨相氮化碳(g-C3N4)。
图2为实施例2制备的P掺杂g-C3N4的表面成分分析图，其中，(a)为实施案例二制备的P掺杂g-C3N4的扫描显微镜图，(b)、(c)和(d)为实施例2制备的P掺杂g-C3N4的能谱表面成分分析图；从图2中可以看出，P掺杂g-C3N4含有C、N和P三种元素，且三种元素均匀分布在g-C3N4片层上。
图3为实施例1-4制备的P掺杂g-C3N4和对比例1制备的g-C3N4的紫外可见漫反射光谱图；从图3可以看出，相对于对比例1，实施例1-4制备的P掺杂g-C3N4对光的吸收存在明显地红移，说明P掺杂后可以提高g-C3N4对可见光的吸收。
图4为实施例1-4制备的P掺杂g-C3N4和对比例1制备的g-C3N4在可见光下的瞬态光电流响应图；从图4可以看出，实施例2制备的P掺杂g-C3N4在可见光的照射下的光电流密度最大，远大于对比例1制备的g-C3N4在可见光照射下的光电流密度，说明实施例2制备的P掺杂g-C3N4具有高效的光生电子对分离效率。
将实施例1-4制备的P掺杂g-C3N4和对比例1制备的g-C3N4在可见光下进行降解磺胺甲恶唑的试验，包括以下步骤：
采用光源为300W的氙灯(配置420m的截止滤光片，光功率密度约为100mW/cm2)，分别取15mg实施例1-4制备的P掺杂g-C3N4和对比例1制备的g-C3N4加入到100mL浓度为5mg/L的磺胺甲恶唑溶液中，在暗处达到吸附-脱附平衡后，打开光源开始可见光下降解磺胺甲恶唑的实验，分别在光照30min、60min、90min、120min时取2mL样品，经0.45μm滤膜过滤后测定磺胺甲恶唑的浓度。
图5为实施例1-4中制备的P掺杂g-C3N4光催化剂及对比例1制备的g-C3N4光催化剂在可见光下降解磺胺甲恶唑的曲线图；从图5中可以看出，实施例2制备的P掺杂g-C3N4片状光催化剂在可见光下照射120min之后，几乎能将磺胺甲恶唑完全去除；实施例3制备的P掺杂g-C3N4对磺胺甲恶唑的去除率低于实施例2，在可见光照射120min后，去除了92％的磺胺甲恶唑；实施例1和实施例4的P掺杂g-C3N4光催化剂在可见光照射120min后，分别去除了70％和65％的磺胺甲恶唑；对比例1制备的g-C3N4光催化剂在可见光下照射120min后，能去除79％的磺胺甲恶唑；实施例2制备的P掺杂g-C3N4片状光催化剂可见光下降解磺胺甲恶唑的活性最好。
图6为实施例1-4制备的P掺杂的g-C3N4和对比例1制备的g-C3N4在可见光下降解磺胺甲恶唑的动力学图；从图6可以看出，实施例1-4制备的P掺杂g-C3N4和对比例1制备的g-C3N4在可见光下降解磺胺甲恶唑的过程均符合拟一级动力学模型，实施例2制备的P掺杂g-C3N4光催化剂在可见光下降解磺胺甲恶唑的的一级动力学常数为0.019min-1，分别为实施例1、实施例3及实施例4和对比例1在可见光下降解磺胺甲恶唑一级动力学常数的2.3倍、1.4倍、2.4倍和1.9倍。
需要说明的是，本发明中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种P掺杂g-C3N4片状光催化剂，其特征在于，以尿素为前驱体，以羟基乙叉二膦酸-水合物为磷源，通过热聚合法制备P掺杂的g-C3N4片状光催化剂。
2.一种权利要求1所述P掺杂g-C3N4片状光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将尿素和羟基乙叉二膦酸-水合物溶解于无水乙醇中得到混合液，室温下搅拌，然后烘干得到混合物；
S2、将S1得到的混合物放入容器中，并用锡箔纸包裹，放置于炉膛，然后升温至500～550℃，再进行保温煅烧；
S3、煅烧结束后，待温度降为室温，将得到的样品依次进行水洗、甲醇洗，然后烘干得到P掺杂g-C3N4片状光催化剂。
3.根据权利要求2所述的P掺杂g-C3N4片状光催化剂的制备方法，其特征在于，S1中，所述尿素和羟基乙叉二膦酸-水合物的质量比10:0.01～0.1。
4.根据权利要求3所述的P掺杂g-C3N4片状光催化剂的制备方法，其特征在于，S1中，所述尿素和无水乙醇的质量体积比为10g:40mL。
5.根据权利要求4所述的P掺杂g-C3N4片状光催化剂的制备方法，其特征在于，S1中，所述搅拌的时间为3h～5h。
6.根据权利要求5所述的P掺杂g-C3N4片状光催化剂的制备方法，其特征在于，S1中，所述烘干的温度为40～80℃。
7.根据权利要求6所述的P掺杂g-C3N4片状光催化剂的制备方法，其特征在于，S2中，所述升温的速率为0.5～2.3℃/min。
8.根据权利要求7所述的P掺杂g-C3N4片状光催化剂的制备方法，其特征在于，S2中，保温时间为3h。
9.根据权利要求8所述的P掺杂g-C3N4片状光催化剂的制备方法，其特征在于，S3中，所述烘干的温度为50～80℃。
10.一种权利要求1所述的P掺杂g-C3N4片状光催化剂在去除水中有机污染物中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111117317.XA CN113663715B (zh) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | 一种P掺杂g-C3N4片状光催化剂及其制备方法、应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111117317.XA CN113663715B (zh) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | 一种P掺杂g-C3N4片状光催化剂及其制备方法、应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113663715A true CN113663715A (zh) | 2021-11-19 |
| CN113663715B CN113663715B (zh) | 2023-09-05 |
Family
ID=78550067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111117317.XA Active CN113663715B (zh) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | 一种P掺杂g-C3N4片状光催化剂及其制备方法、应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113663715B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115385420A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-11-25 | 江苏理工学院 | 一种磷掺杂氮化碳电极的原位可控制备方法及应用 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170232427A1 (en) * | 2016-02-16 | 2017-08-17 | The George Washington University | Doped graphitic carbon nitrides, methods of making and uses of the same |
| CN108404962A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-08-17 | 南通职业大学 | 一种掺磷石墨相氮化碳/钛酸锌复合光催化剂的制备方法 |
| CN108435229A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-08-24 | 华东理工大学 | 一种磷掺杂多级孔道氮化碳纳米片及其制备方法 |
| CN111774083A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-10-16 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 低温磷掺杂氮化碳负载高分散钯的析氢催化剂的制备方法及产品和应用 |
| CN112094190A (zh) * | 2020-09-28 | 2020-12-18 | 江南大学 | 一种由甘油光催化氧化酯化制备酯的方法 |
| CN112295587A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-02-02 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 钯/磷掺杂氮化碳复合材料的制备方法及其产品和应用 |
| CN112536046A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-03-23 | 郑州轻工业大学 | 具有高效还原活性的片状硫化铟锌光催化剂的制备方法 |
-
2021
- 2021-09-23 CN CN202111117317.XA patent/CN113663715B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170232427A1 (en) * | 2016-02-16 | 2017-08-17 | The George Washington University | Doped graphitic carbon nitrides, methods of making and uses of the same |
| CN108404962A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-08-17 | 南通职业大学 | 一种掺磷石墨相氮化碳/钛酸锌复合光催化剂的制备方法 |
| CN108435229A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-08-24 | 华东理工大学 | 一种磷掺杂多级孔道氮化碳纳米片及其制备方法 |
| CN111774083A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-10-16 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 低温磷掺杂氮化碳负载高分散钯的析氢催化剂的制备方法及产品和应用 |
| CN112094190A (zh) * | 2020-09-28 | 2020-12-18 | 江南大学 | 一种由甘油光催化氧化酯化制备酯的方法 |
| CN112295587A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-02-02 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 钯/磷掺杂氮化碳复合材料的制备方法及其产品和应用 |
| CN112536046A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-03-23 | 郑州轻工业大学 | 具有高效还原活性的片状硫化铟锌光催化剂的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张宏忠等: "二硫化钼/石墨相氮化碳复合光催化剂的制备及其可见光催化性能研究", 《化工新型材料》, pages 199 - 203 * |
| 徐赞等: "一步法合成磷掺杂石墨相氮化碳及其光催化性能", 《无机材料学报》, pages 155 - 162 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115385420A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-11-25 | 江苏理工学院 | 一种磷掺杂氮化碳电极的原位可控制备方法及应用 |
| CN115385420B (zh) * | 2022-07-29 | 2023-11-03 | 江苏理工学院 | 一种磷掺杂氮化碳电极的原位可控制备方法及应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113663715B (zh) | 2023-09-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106238086B (zh) | 一种苯环修饰类石墨相氮化碳光催化剂及制备方法与应用 | |
| CN108714431B (zh) | 一种纳米纤维素增强复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN109012726B (zh) | 一种共聚改性氮化碳/氧化锌复合可见光催化剂的熔盐法制备方法及应用 | |
| CN110876953A (zh) | 一种p,s共掺杂氮化碳同型异质结复合光催化剂 | |
| CN108404962B (zh) | 一种掺磷石墨相氮化碳/钛酸锌复合光催化剂的制备方法 | |
| CN112076738A (zh) | 一种硼掺杂缺陷型氧化锌及其制备方法和应用 | |
| CN108199053A (zh) | 一种高效低成本氧还原催化剂的制备方法 | |
| CN101204651B (zh) | Ti2LaxBi2-xO7或Bi2SnxTi2-xO7光催化材料、制备方法及应用 | |
| CN113663715B (zh) | 一种P掺杂g-C3N4片状光催化剂及其制备方法、应用 | |
| CN110339852B (zh) | 一种CoO@氮硫共掺杂碳材料/CdS复合光催化材料、制备方法及其应用 | |
| CN115121241B (zh) | 氧化铟与钛酸镧异质结光催化剂及其制备方法 | |
| CN114160169B (zh) | 一种共价有机框架材料封装钼硫团簇的制备方法及其应用 | |
| CN111672528A (zh) | 改性氮化碳光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113463111A (zh) | 一步法制备生物质碳负载的硫化钼电极材料的方法 | |
| CN109876826B (zh) | 一种富硫空位光催化剂的制备方法 | |
| CN110743598B (zh) | 一种多孔氮化碳/锡/氧化亚锡光催化材料及其制备方法 | |
| CN108514886A (zh) | 一种用于光热协同催化甲苯降解的银基催化剂 | |
| CN115591582B (zh) | 一种MOF-303/g-C3N4异质结材料及其制备方法与应用 | |
| US20230201811A1 (en) | SYNTHESIS METHOD OF g-C3N4/C COMPOSITE MATERIAL BASED ON HOLLYHOCK STALK | |
| CN114210315B (zh) | 一种稀土铒改性花粉碳复合光催化剂的制备和应用 | |
| CN107088401B (zh) | 采用离子液体添加剂快速制备co2吸附剂的方法 | |
| CN112138647B (zh) | 一种微米棒分级结构Bi4Ti3O12催化剂的制备方法 | |
| CN111001429B (zh) | 一种氮掺杂改性氧化锌可见光催化剂的制备方法 | |
| CN114146716A (zh) | 一种双金属掺杂光催化材料及其制备方法与应用 | |
| CN113797910A (zh) | 一种含缺陷的纳米微球状钙钛矿催化剂及其制备方法和应用 |
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 |