CN114632535A - 一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法，催化剂原料为：三聚氰胺与六次甲基四胺的质量比为4200:(50‑1000)，该催化剂的制备方法包括：将三聚氰胺与六次甲基四胺在密闭环境中经水热反应得到新型前驱体；将改性后的前驱体进行高温煅烧得到改性石墨相氮化碳；以本发明光催化剂进行光催化降解活性测试结果表明，相对于改性前，活性提高了8.5倍，改性后的石墨相氮化碳引入了缺陷，层间距变大，带隙变窄，有着更强的光电流响应，并且载流子复合得到抑制。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法。
背景技术
石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种具有可见光光催化反应活性的光催化剂，具有热/化学稳定性好、无毒无污染等优点，在光催化分解水、光催化降解有机废水、光催化还原重金属离子等应用领域被广泛研究。在g-C3N4去除有机污染物的应用中，通常使用前驱体(如三聚氰胺、尿素、缩二脲等)直接烧结法制备g-C3N4。由于传统烧结的g-C3N4比表面积小，可见光利用效率低，电导率低、光生载流子复合效率快、界面(光)反应活性位点较少，表面反应动力学速度缓慢和氧化能力中等，催化活性低。因此，需要通过对g-C3N4进行改性来强化其光催化性能。
前驱体材料对相应生成的g-C3N4有着多方面的影响。一方面前驱体中主要含的元素C、N、H元素参与g-C3N4的组成，一些前驱体含有的额外附加元素能够在生成g-C3N4的过程中促进加强蜜勒胺单元的连接，提高g-C3N4的聚合度。另一方面不同前驱体的不同分子结构会导致各自在高温条件下聚合生成g-C3N4的过程个方式不同，结合所含的不同元素和氮元素含量的差异性也会导致生成g-C3N4的H质子的浓度和结构缺陷的不同，从而影响g-C3N4的聚合度、原子结构的有序性排列和层结构的堆栈等问题。此外，前驱体的颗粒尺寸和形貌也会影响生成g-C3N4的形貌、比表面积和孔结构等。以上的各种因素直接导致前驱体材料决定着相应生成g-C3N4的电子结构、晶体结构和微观形貌等特性，具体表现为g-C3N4的光催化降解有机污染物性能。
通常对前驱体的改性方法为选择其他小分子化合物与传统前驱体溶剂热共热处理。但是寻找共热的小分子进行前驱体改性是一道难题，如果选择不合适则会导致合成产物与预期不符，得到的g-C3N4比表面积较小，聚合度较低，光催化活性较差。
专利201710114794.8公开了一种碳掺杂多孔石墨相氮化碳纳米分散体系的快速制备方法，先将三聚氰胺和六次甲基四胺进行物理混合，通过煅烧三聚氰胺和六次甲基四胺的混合物让六次甲基四胺分解产生的气体与三聚氰胺作用，由于采用固相与气相反应，本身反应难度就很高，而且也无法证明气体与三聚氰胺确实发生了反应，更没有证明产生的石墨相氮化碳的性能提升。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法，本发明将三聚氰胺与六次甲基四胺在密闭环境中经水热反应得到改性后的前驱体，将改性后的前驱体进行高温煅烧得到改性石墨相氮化碳，以本发明光催化剂进行光催化降解活性测试结果表明，相对于改性前，活性提高了8.5倍，改性后的石墨相氮化碳引入了缺陷，层间距变大，有着更强的光电流响应，并且载流子复合得到抑制。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂，其原料为：三聚氰胺与六次甲基四胺的质量比为4200:(50-1000)。
所述三聚氰胺与六次甲基四胺的质量比为4200:(50-200)。
所述三聚氰胺与六次甲基四胺的质量比为4200:(200-500)。
所述三聚氰胺与六次甲基四胺的质量比为4200:(500-1000)。
所述三聚氰胺与六次甲基四胺的质量比为4200:500。
一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，将三聚氰胺与六次甲基四胺在密闭环境中经水热反应得到改性后的前驱体，将改性后的前驱体进行高温煅烧得到改性石墨相氮化碳。
所述三聚氰胺与六次甲基四胺中加入水作为分散剂。
所述三聚氰胺与六次甲基四胺的水热反应中，温控程序设置为160-200℃，保持16-24h。
改性后的前驱体进行高温煅烧的反应中，温控程序设置为：在80-120min内升温至500-600℃，保持3-5h。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明将三聚氰胺与六次甲基四胺，在密闭环境中经水热反应得到改性后的前驱体；将改性后的前驱体进行高温煅烧得到改性石墨相氮化碳，是一种有效且绿色的方法；其中，三聚氰胺本身常作为烧结石墨相氮化碳的前驱体，而六次甲基四胺具有独特的立体化学结构，有利于对石墨相氮化碳进行进一步的改性。相对于改性前，活性提高了8.5倍。
2、改性后的石墨相氮化碳g-C3N4具有更优异的光催化活性，主要是因为①引入了缺陷；②增大了层间距；③增强了光电流响应；④带隙变窄；⑤抑制了载流子复合。进一步的，可以将三聚氰胺与其他有机小分子混合水热，得到新的前驱体后进行高温煅烧实现对g-C3N4的进一步改性。
3、本发明的制备方法省时、操作简单、易重复，所得产物进行光催化降解有机污染物，具有广泛的推广应用价值。
附图说明
图1为实施例1-4光催化剂和对比例1-2降解三乙醇胺的活性柱状图。
图2为实施例3的CN-HT-HMTA-500和对比例1传统方法制备的g-C3N4(CN)的XRD谱图；其中，图2(a)体现的是XRD谱基本一致；图2(b)说明实施例3的产物层间距变大。
图3为实施例3的CN-HT-HMTA-500和对比例1CN的FTIR谱图。
图4为实施例3的CN-HT-HMTA-500和对比例1CN的UV-Vis曲线，以及相应的KM曲线(右上)。
图5为实施例1-4光催化剂和对比例1-2的PL光谱。
图6为CN-HT-HMTA-0(对比例1)、CN-HT-HMTA-500(实施例3)和CN(对比例1)的PEC测试I-t曲线。
图7为M-HT-HMTA-500(实施例3)和市售三聚氰胺(Melamine)的热重曲线。
图8为六次甲基四胺(HMTA)、M-HT-HMTA-500(实施例3)和市售三聚氰胺(Melamine)的XRD谱图。
图9为六次甲基四胺(HMTA)、M-HT-HMTA-500(实施例3)和市售三聚氰胺(Melamine)的FTIR谱图。
具体实施方式
本发明公开一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的新型制备方法，包括以下步骤：在密闭环境中，将三聚氰胺与六次甲基四胺经水热反应得到改性后的前驱体，将改性后的前驱体进行高温煅烧得到改性石墨相氮化碳。
具体的，所述程序为：三聚氰胺与六次甲基四胺的质量比为4200：(50-1000)，即三聚氰胺的质量为4200mg的定值，六次甲基四胺的质量在50-1000mg之间变化，分散剂为水。本发明所述的水热反应包括：升温至160-200℃，保持16-24h。改性后的前驱体进行高温煅烧的反应中，前驱体的质量为1-3g，温控程序设置为：在80-120min内升温至500-600℃，保持3-5h。比如六次甲基四胺质量可以为0mg、50mg、200mg、500mg、1000mg，水热时温度可以为160℃、180℃、或200℃，烧结温度可以为500℃、520℃、550℃、580℃、600℃；通过水热处理三聚氰胺与六次甲基四胺，使烧结得到的石墨相氮化碳得到改性，赋予改性后石墨相氮化碳良好光催化活性。
以下结合实施例具体说明本发明的内容，下列说明并非对本发明的限制。
实施例1
本实施例提供一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂，三聚氰胺与六次甲基四胺的质量比为4200:50。
本实施例提供一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，包括：
步骤一、取4.2g三聚氰胺和50mg六次甲基四胺(HMTA)，在搅拌情况下依次加入30mL的水溶液中，搅拌15分钟；
步骤二、将步骤一所述分散体系置于水热反应器中，密封；
步骤三、将步骤二所述水热反应器放入加热装置，然后升温至180℃，保持20h；
步骤四、将步骤三反应后体系水冷冷却，离心，洗涤，干燥，得到处理后的三聚氰胺M-HT-HMTA-0；M-HT-HMTA-x中，x代表投入的HMTA的量(mg)；
步骤五、将步骤四所得前驱体研磨后称取2g并置于坩埚中；
步骤六、将步骤五所述坩埚放入加热装置，然后在100min升温至520℃，保持4h；本实施例中，利用程序升温，使温度在100min实现从室温升至520℃；
步骤七、将步骤六反应后的样品研磨，得到石墨相氮化碳光催化剂CN-HT-HMTA-50；CN-HT-HMTA-x中，x代表投入的HMTA的量(mg)。
实施例2
本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于，步骤一投入的HMTA的量为200mg，得到改性后的前驱体M-HT-HMTA-200与石墨相氮化碳光催化剂CN-HT-HMTA-200。
实施例3
本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于，步骤一投入的HMTA的量为500mg，得到改性后的前驱体M-HT-HMTA-500与石墨相氮化碳光催化剂CN-HT-HMTA-500。
实施例4
本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于，步骤一投入的HMTA的量为1000mg，得到改性后的前驱体M-HT-HMTA-1000与石墨相氮化碳光催化剂CN-HT-HMTA-1000。
实施例5
本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于，步骤三水热温度为140℃。
实施例6
本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于，步骤三水热温度为220℃。
实施例7
本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于，步骤六烧结温度为500℃。
实施例8
本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于，步骤六烧结温度为550℃。
实施例9
本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于，步骤六烧结温度为580℃。
实施例10
本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于，步骤六烧结温度为600℃。
对比例1
步骤一、称取2g三聚氰胺于坩埚中；
步骤二、将步骤一所述坩埚放入加热装置，然后在100min升温至520℃，保持4h；本实施例中，利用程序升温，使温度在100min实现从室温升至520℃；
步骤三、将步骤二反应后的样品研磨，得到石墨相氮化碳光催化剂CN。
对比例2
本对比例与实施例1相同，其中不同之处在于，步骤一投入的HMTA的量为0mg，得到石墨相氮化碳光催化剂CN-HT-HMTA-0。
性能评价：
图1为实施例1-4光催化剂和对比例1-2降解三乙醇胺的活性柱状图。其中降解三乙醇胺测试方法包括：取5mg光催化剂分散在80mL 10vol％的三乙醇胺溶液中，加入Pt(3wt％)作为助催化剂，通过检测光催化体系中产氢的量来定量三乙醇胺的降解量。根据图1可以看出，相对于传统方法制备的g-C3N4(即对应的Tradition组)，本发明光催化剂具有明显提高的平均光催化降解速率，活性明显提高，样品CN-HT-HMTA-500(实施例4)的降解速率最高。
图2为CN-HT-HMTA-500(实施例3)和CN(对比例1)的XRD谱图。由图2(a)可知，CN-HT-HMTA-500和CN的XRD谱基本一致，表明水热反应处理前驱体后煅烧制备得到的石墨相氮化碳的晶体结构并未改变。由图2(b)可知，CN-HT-HMTA-50的XRD峰宽化弱化，峰往低角度偏移，表明层间距变大。
图3为CN-HT-HMTA-500(实施例3)和CN(对比例1)的FTIR谱图。由图3可知，CN-HT-HMTA-500和CN的XRD谱基本一致，表明水热反应处理前驱体后煅烧制备得到的石墨相氮化碳的分子结构并未改变。
图4为CN-HT-HMTA-500(实施例3)和CN(对比例1)的UV-Vis曲线，以及相应的KM曲线(右上)。由图可知，随着HMTA的引入，带隙变窄，并且UV-Vis曲线背景吸收变强，说明引入了更多的缺陷。
图5为实施例1～4光催化剂和对比例1～2的PL光谱。由图可知，随着HMTA的引入，样品的载流子复合逐渐得到抑制。值得一提的是，CN-HT-HMTA-1000的载流子复合最低，但是CN-HT-HMTA-500样品降解三乙醇胺的速率最高，可能由于引入缺陷过多不利于降解反应速率。
图6为CN-HT-HMTA-0(对比例1)、CN-HT-HMTA-500(实施例3)和CN(对比例1)的PEC测试I-t曲线。由图可知，水热处理三聚氰胺能够提高其烧结所得到的石墨相氮化碳的光电流响应能力，同时，在水热处理时加入HMTA能够进一步提高光电流响应能力，这与降解三乙醇胺的活性趋势一致。
图7为M-HT-HMTA-500(实施例3)和市售三聚氰胺(Melamine)的热重曲线。由图可知，水热处理后的三聚氰胺出现于350℃左右开始分解的新的组分，根据报道可知，为三聚氰酸。
图8为六次甲基四胺(HMTA)、M-HT-HMTA-500(实施例3)和市售三聚氰胺(Melamine)的XRD谱图。由图可知，水热处理后六次甲基四胺的特征峰完全消失(六次甲基四胺溶于水)。与市售三聚氰胺相比，水热处理后的三聚氰胺出现新的特征峰，与图7热重曲线的结论一致。
图9为六次甲基四胺(HMTA)、M-HT-HMTA-500(实施例3)和市售三聚氰胺(Melamine)的FTIR谱图。由图可知，水热处理后六次甲基四胺的吸收峰完全消失(六次甲基四胺溶于水)，与图8的结论一致。与市售三聚氰胺相比，水热处理后的三聚氰胺在3500cm-1附近的吸收峰减弱，并且1700附近出现了新的吸收峰。可以证明原有的结构被破坏，形成了新的三聚氰胺-三聚氰酸超分子共轭体系。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂，其特征在于，其原料为：三聚氰胺与六次甲基四胺的质量比为4200:(50-1000)。
2.根据权利要求1所述的一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂，其特征在于，其原料为：三聚氰胺与六次甲基四胺的质量比为4200:(50-200)。
3.根据权利要求1所述的一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂，其特征在于，其原料为：三聚氰胺与六次甲基四胺的质量比为4200:(200-500)。
4.根据权利要求1所述的一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂，其特征在于，其原料为：三聚氰胺与六次甲基四胺的质量比为4200:(500-1000)。
5.根据权利要求1所述的一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂，其特征在于，其原料为：三聚氰胺与六次甲基四胺的质量比为4200:500。
6.基于权利要求1至5任意一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，将三聚氰胺与六次甲基四胺在密闭环境中经水热反应得到改性后的前驱体，将改性后的前驱体进行高温煅烧得到改性石墨相氮化碳。
7.根据权利要求6所述的一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述三聚氰胺与六次甲基四胺中加入水作为分散剂。
8.根据权利要求6所述的一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述三聚氰胺与六次甲基四胺的水热反应中，温控程序设置为160-200℃，保持16-24h。
9.根据权利要求6所述的一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，改性后的前驱体进行高温煅烧的反应中，温控程序设置为：在80-120min内升温至500-600℃，保持3-5h。
10.根据权利要求6所述的一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，
步骤一、取4.2g三聚氰胺和500mg六次甲基四胺HMTA，在搅拌情况下加入水作为分散剂，搅拌15分钟；
步骤二、将步骤一所述分散体系置于水热反应器中，密封；
步骤三、将步骤二所述水热反应器放入加热装置，然后升温至180℃，保持20h；
步骤四、将步骤三反应后体系水冷冷却，离心，洗涤，干燥，得到处理后的三聚氰胺；
步骤五、将步骤四所得前驱体研磨后称取2g并置于坩埚中；
步骤六、将步骤五所述坩埚放入加热装置，然后在100min升温至520℃，保持4h；
步骤七、将步骤六反应后的样品研磨，得到石墨相氮化碳光催化剂。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115254173A (zh) * | 2022-08-30 | 2022-11-01 | 西安交通大学 | 一种石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法、系统和应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106902858A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-06-30 | 济南大学 | 一种碳掺杂多孔石墨相氮化碳纳米分散体系的快速制备方法 |
| CN109806901A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-05-28 | 江苏大学 | 一种中空管状g-C3N4光催化剂及制备方法及应用 |
| CN111215117A (zh) * | 2020-02-10 | 2020-06-02 | 中南林业科技大学 | 一种三维多孔氮化碳光催化材料及其制备方法与用途 |
| CN112121846A (zh) * | 2020-10-27 | 2020-12-25 | 广州大学 | 一种可见光下高效降解四环素的光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN113318769A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-08-31 | 沈阳航空航天大学 | 一种氨基酸掺杂的氮化碳光催化剂的制备方法和应用 |
| CN113769771A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-12-10 | 中化学朗正环保科技有限公司 | 污水处理用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-03-31 CN CN202210333084.5A patent/CN114632535A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106902858A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-06-30 | 济南大学 | 一种碳掺杂多孔石墨相氮化碳纳米分散体系的快速制备方法 |
| CN109806901A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-05-28 | 江苏大学 | 一种中空管状g-C3N4光催化剂及制备方法及应用 |
| CN111215117A (zh) * | 2020-02-10 | 2020-06-02 | 中南林业科技大学 | 一种三维多孔氮化碳光催化材料及其制备方法与用途 |
| CN112121846A (zh) * | 2020-10-27 | 2020-12-25 | 广州大学 | 一种可见光下高效降解四环素的光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN113318769A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-08-31 | 沈阳航空航天大学 | 一种氨基酸掺杂的氮化碳光催化剂的制备方法和应用 |
| CN113769771A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-12-10 | 中化学朗正环保科技有限公司 | 污水处理用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| LEI LUO等: "Bridging-nitrogen defects modified graphitic carbon nitride nanosheet for boosted photocatalytic hydrogen production", INTERNATIONAL JOURNAL O F HYDROGEN ENERGY, vol. 46, pages 27014 - 27025, XP086699421, DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.05.197 * |
| WEINAN XING等: "Fabrication of novel carbon species into porous g-C3N4 nanosheet frameworks with enhanced photocatalytic performance", NEW J. CHEM., vol. 45 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115254173A (zh) * | 2022-08-30 | 2022-11-01 | 西安交通大学 | 一种石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法、系统和应用 |
| CN115254173B (zh) * | 2022-08-30 | 2023-07-07 | 西安交通大学 | 一种石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法、系统和应用 |
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