CN114797937A - 填充型富介孔管状氮化碳光催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种填充型富介孔管状氮化碳光催化剂及其制备方法和应用，该催化剂是以氮化碳前驱体为原料，以过氧化氢溶液为气体分子源，经煅烧后制备得到，其中氮化碳前驱体是由含氮有机物经水热处理后制备得到。本发明制备方法制备的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂具有介孔结构丰富、比表面积大、可见光吸收能力强、光生电荷复合效率低、光生电子传输快、光催化性能高等优点，是一种性能优异的新型氮化碳光催化剂，可广泛用于降解有机污染物，使用价值高，应用前景好；同时，本发明制备方法还具有反应体系单一、制备工艺简单、原料安全、成本低、可批量生产等特点，可实现工业化大规模生产，便于工业化利用。
Description
技术领域
本发明可见光催化领域，涉及一种填充型富介孔管状氮化碳光催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
光催化技术作为一类环境友好、可持续的环境修复技术，已被广泛研究。由于氮化碳带隙宽度约为2.6eV～2.7eV，使其具有良好的可见光响应能力。此外，氮化碳物理化学性质稳定、造价低、制备工艺简单，使其成为一种理想的光催化剂。氮化碳光催化剂的形貌特征对其光电性能存在影响，目前氮化碳光催化剂的形貌有块状、球状、片状、管状等，其中，由于管状结构的氮化碳光催化剂具有不易团聚、比表面积大等优点，使其成为一类重要的光催化剂。然而，目前多数研究主要集中于合成中空管状氮化碳，中空部分孔径为大孔结构，这使得其难以发挥催化位点的作用，从而导致管状氮化碳不能被充分利用。因此，如何将中空管状氮化碳的中空大孔结构转变为含有多活性位点的介孔结构，以实现管状氮化碳的充分利用是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种填充型富介孔管状氮化碳光催化剂及其制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种填充型富介孔管状氮化碳光催化剂的制备方法，以氮化碳前驱体为原料，以过氧化氢溶液为气体分子源，经煅烧后制备得到填充型富介孔管状氮化碳光催化剂；所述氮化碳前驱体是由含氮有机物经水热处理后制备得到。
上述的制备方法，进一步改进的，包括以下步骤：
(1)将含氮有机物制成混合溶液；
(2)将步骤(1)中得到的混合溶液进行水热处理，得到氮化碳前驱体；
(3)将步骤(2)中得到的氮化碳前驱体浸渍到过氧化氢溶液中；
(4)将步骤(3)中浸渍后的氮化碳前驱进行煅烧，得到填充型富介孔管状氮化碳光催化剂。
上述的制备方法，进一步改进的，步骤(3)中，所述过氧化氢溶液的质量浓度为1％～10％。
上述的制备方法，进一步改进的，步骤(1)中，所述混合溶液的制备方法包括以下步骤：将含氮有机物与溶剂混合，在搅拌条件下进行加热，使含氮有机物完全溶解，得到混合溶液；所述含氮有机物为三聚氰胺、三聚氰酸、尿素、二氰二氨中的至少一种；所述溶剂为水；所述搅拌的速度为200rpm～500rpm；所述加热过程中采用的水浴温度为70℃～90℃；所述加热时间为0.3h～1h。
上述的制备方法，进一步改进的，步骤(2)中，所述水热处理在温度为150℃～200℃下进行；所述水热处理的温度为10h～12h；所述水热处理完成后还包括对产物进行烘干，所述烘干的温度为50℃～80℃；所述烘干的时间为10h～20h。
上述的制备方法，进一步改进的，步骤(3)中，所述煅烧在氮气气氛下进行；所述煅烧的温度为450℃～650℃，所述煅烧的时间为2h～4h。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种填充型富介孔管状氮化碳光催化剂，由上述的制备方法制得；所述填充型富介孔管状氮化碳光催化剂呈管状结构，所述管状结构内部填充有介孔结构氮化碳。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂在降解有机污染物中的应用。
上述的应用，进一步改进的，包括以下步骤：将填充型富介孔管状氮化碳与有机污染物水体混合，搅拌，在光照条件下进行光催化反应，完成对水体中有机污染物的降解；所述填充型富介孔管状氮化碳光催化剂与有机污染物水体的比例为0.5g～1g∶1L。
上述的应用，进一步改进的，所述有机污染物水体中的有机污染物为抗生素；所述抗生素为盐酸四环素；所述有机污染物水体中有机污染物的浓度≤20mg/L；所述搅拌的速度为200rpm～600rpm；所述搅拌的时间为0.5h～1h；所述光催化反应过程中采用的光源为氙灯；所述氙灯的输出光功率为45W～50W；所述光催化反应在温度为20℃～30℃下进行；所述光催化反应的时间为0.5h～1.5h。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)针对目前管状氮化碳光催化剂空间利用不足、比表面积有限、光催化性能低等缺陷，本发明创造性的提出了一种填充型富介孔管状氮化碳光催化剂的制备方法，以氮化碳前驱体为原料，以过氧化氢为气体分子源，经煅烧后制备得到填充型富介孔管状氮化碳光催化剂，其中氮化碳前驱体是由含氮有机物经水热处理后制备得到。本发明中，以过氧化氢溶液为气体分子源，在煅烧过程中可利用过氧化氢分子分解及水分子汽化产生的内源性气体的冲击力，抑制或冲破管状氮化碳片层间的紧密堆叠，从而在形成管状氮化碳的同时也能将管内部的大孔氮化碳转化成介孔氮化碳，由此制备得到具有富介孔结构填充的管状氮化碳光催化剂，不仅增加了管状氮化碳的比表面积、改善了光生载流子的分离和传输，还显著提高了管状氮化碳的光催化活性，从而能够更加高效的降解有机污染物。本发明制备方法制备的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂具有介孔结构丰富、比表面积大、可见光吸收能力强、光生电荷复合效率低、光生电子传输快、光催化性能高等优点，是一种性能优异的新型氮化碳光催化剂，可广泛用于降解有机污染物，使用价值高，应用前景好；同时，本发明制备方法还具有反应体系单一、制备工艺简单、原料安全、成本低、可批量生产等特点，可实现工业化大规模生产，便于工业化利用。
(2)本发明制备方法中，采用质量浓度为1％～10％的过氧化氢溶液作为浸渍液，特别是当过氧化氢溶液的质量浓度为3％～6％时，所制备的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂具有更加丰富的介孔结构，因而更有利于获得优异的光催化性能，这是因为当过氧化氢溶液的浓度较低时，过少的过氧化氢难以制备出足够数量的介孔结构，从而难以有效提高光催化性能，而浓度过高时，过多的过氧化氢容易破坏管状氮化碳的结构，也会造成光催化性能不足；同时，以低浓度过氧化氢溶液为气体分子源，分解和气化产生的气体主要为氧气、气化水分子，无污染性尾气产生，具有环保、安全的特点。
(3)本发明还提供了一种填充型富介孔管状氮化碳光催化剂在降解有机污染物中的应用，具体为将填充型富介孔管状氮化碳与有机污染物水体混合，搅拌，在光照条件下进行光催化反应，即可实现对水体中有机污染物的有效降解，具有使用过程方便快捷、操作简单、处理效率高、去除效果好等优点，且对于各种有机污染物均具有较好的降解效果，适用性好，应用前景好，对于高效去除环境中的有机污染物具有重要意义。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述。
图1为本发明实施例1中制得的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)、对比例1制得的填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)和对比例2中制得的中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)的扫描电子显微镜图和透射电子显微镜图，其中(a)为AN-TCN-4.5的扫描电子显微镜图，(b)为AN-TCN-4.5的透射电子显微镜图，(c)为WTCN的扫描电子显微镜图，(d)为WTCN的透射电子显微镜图，(e)为HTCN的扫描电子显微镜图，(f)为HTCN的透射电子显微镜图。
图2为本发明实施例1中制得的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)、对比例1制得的填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)和对比例2中制得的中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)的X-射线衍射图谱。
图3为本发明实施例1中制得的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)、对比例1制得的填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)和对比例2中制得的中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)的等温吸附-脱附曲线及孔径分布图。
图4为本发明实施例1中制得的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)、对比例1制得的填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)和对比例2中制得的中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)的紫外可见漫反射光谱图。
图5为本发明实施例1中制得的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)、对比例1制得的填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)和对比例2中制得的中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)的光致发光光谱图。
图6为本发明实施例1中制得的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)、对比例1制得的填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)和对比例2中制得的中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)的电化学阻抗图。
图7为本发明实施例2中填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-1.5，AN-TCN-4.5，AN-TCN-9)、填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)和中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)降解盐酸四环素(TCH)的效果图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1
一种填充型富介孔管状氮化碳光催化剂的制备方法，以氮化碳前驱体为原料，以过氧化氢为气体分子源，经煅烧后制备得到填充型富介孔管状氮化碳光催化剂，其中氮化碳前驱体是由含三聚氰胺经水热处理后制备得到，包括以下步骤：
(1)取1.26g三聚氰胺放入80mL纯水中，在转速为300rpm(转速为200rpm～500rpm均可实施)、温度为80℃下的水浴条件下加热0.5h，使三聚氰胺完全溶解于水中，得到澄清溶液，即为三聚氰胺溶液。
(2)将步骤(1)中得到的澄清溶液(三聚氰胺溶液)转移到100mL具聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在180℃下进行水热反应10h，待自然冷却后，采用抽滤收集所得反应产物，用纯水洗涤3次，在60℃下干燥12h，得到氮化碳前驱体。
(3)取3份步骤(2)中得到氮化碳前驱体，各500mg，采用1mL、质量浓度分别为1.5％，4.5％和9.0％的过氧化氢溶液对氮化碳前驱体进行浸渍，使氮化碳前驱体(超分子前驱体)完全润湿，得到浸渍的氮化碳前驱体。
(4)将步骤(3)中得到的浸渍的氮化碳前驱体放入坩埚，置于管式炉内，在氮气气氛下，以5℃/min的升温速率加热至550℃进行煅烧，并在550℃下保温2h，待管式炉冷却至室温后将其取出并研磨，制得填充型富介孔管状氮化碳光催化剂，其中采用质量浓度分别为1.5％，4.5％和9.0％的过氧化氢溶液时制备的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂，依次命名为AN-TCN-1.5，AN-TCN-4.5，AN-TCN-9。
对比例1
一种填充型管状氮化碳光催化剂的制备方法，包括以下步骤
1)取1.26g三聚氰胺放入80mL纯水中，在转速为300rpm、温度为80℃下的水浴条件下加热0.5h，使三聚氰胺完全溶解于水中，得到澄清溶液。
(2)将步骤(1)中得到的澄清溶液转移到100ml具聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在180℃下进行水热反应10h，待自然冷却后，采用抽滤收集所得反应产物，用纯水洗涤3次，60℃下干燥12h，得到前驱体。
(3)取500mg步骤(2)中得前驱体，采用1mL蒸馏水浸渍前驱体，得到湿润的前驱体。
(4)将步骤(3)中得到的湿润的前驱体放入坩埚，置于管式炉内，在氮气气氛下，以5℃/min的升温速率加热至550℃进行煅烧，并在550℃下保温2h，待管式炉冷却至室温后将其取出并研磨，制得填充型管状氮化碳光催化剂，命名为WTCN。
对比例2
一种中空管状氮化碳光催化剂的制备方法，包括以下步骤
(1)取1.26g三聚氰胺放入80ml纯水中，在转速为300rpm、温度为80℃下的水浴条件下加热0.5h，使三聚氰胺完全溶解于水中，得到澄清溶液。
(2)将步骤(1)中得到的澄清溶液转移到100mL具聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在180℃下进行水热反应10h，待自然冷却后，通过抽滤收集所得反应产物，用纯水洗涤3次，60℃下干燥12h，得到前驱体。
(3)将步骤(2)中得到的前驱体放入坩埚，置于管式炉内，在氮气气氛下，以5℃/min的升温速率加热至550℃进行煅烧，并在550℃下保温2h，待自然冷却后将其取出并研磨，制得中空管状氮化碳光催化剂，命名为HTCN。
采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射光谱、全自动比表面及孔隙度分析仪、紫外可见漫反射光谱仪、稳态荧光光谱仪等表征技术对上述方法制备的光催化剂进行形貌结构、光电特性研究。
图1为本发明实施例1中制得的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)、对比例1制得的填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)和对比例2中制得的中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)的扫描电子显微镜图和透射电子显微镜图，其中(a)为AN-TCN-4.5的扫描电子显微镜图，(b)为AN-TCN-4.5的透射电子显微镜图，(c)为WTCN的扫描电子显微镜图，(d)为WTCN的透射电子显微镜图，(e)为HTCN的扫描电子显微镜图，(f)为HTCN的透射电子显微镜图。从图1(a)和图1(b)可以看出，填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)的管内部填充有丰富介孔结构氮化碳，且外管壁结构保持完整。从图1(c)和图1(d)可以看出，填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)的管内部也具有填充结构，但是内部填充的氮化碳中介孔结构较少，这说明仅仅以水作为浸渍液时，难以有效提高介孔的数量。从图1(e)和1(f)可以看出,中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)内部无填充，呈中空结构。
图2为本发明实施例1中制得的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)、对比例1制得的填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)和对比例2中制得的中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)的X-射线衍射图谱。图2中在12.8°和27.8°处出现两个衍射峰，对应于石墨相氮化碳的(100)和(002)晶面的特征衍射峰，表明所制备的样品为石墨相氮化碳。
图3为本发明实施例1中制得的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)、对比例1制得的填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)和对比例2中制得的中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)的等温吸附-脱附曲线及孔径分布图。图3中显示，填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)的孔隙度明显高于填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)和中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)，同时填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)的孔隙度也高于中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)。图3的插图显示，本发明制备的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)、填充型管状氮化碳(WTCN)光催化剂和中空管状氮化碳(HTCN)光催化剂的孔径主要分布在2～5nm范围内，为介孔结构。另外，填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)的介孔体积为：0.64cm3 g-1，比表面积为：93.92m2 g-1；填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)的介孔体积为：0.40cm3 g-1，比表面积为：53.42m2 g-1；中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)的介孔体积为：0.26cm3 g-1，比表面积为：36.8m2 g-1，可见，填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)的介孔体积>填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)>中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)，说明填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)比填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)及中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)具有更丰富的介孔结构。由图3可知，本发明制得的填充型富介孔管状氮化碳(AN-TCN-4.5)光催化剂具有比表面积大、活性位点多等优点。
图4为本发明实施例1中制得的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)、对比例1制得的填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)和对比例2中制得的中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)的紫外可见漫反射光谱图。图4中，填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)表现出强可见光响应能力，且响应能力大于中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)，说明填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)的多孔结构促进了可见光响应能力，提高了光催化性能。填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)的光响应能力略低于填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)可能是因为其填充度更高导致的。
图5为本发明实施例1中制得的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)、对比例1制得的填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)和对比例2中制得的中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)的光致发光光谱图。从图5中可知，本发明制得的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)的荧光强度明显低于中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)，略低于填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)，说明填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)的光生电子-空穴对的复合效率低于填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)及中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)，提高了光催化性能。
图6为本发明实施例1中制得的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)、对比例1制得的填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)和对比例2中制得的中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)的电化学阻抗图。图6中显示，填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-4.5)的圆弧半径小于中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)，说明其阻抗更小，更有利于光生电子传输，从而提升光催化性能。
实施例2
一种填充型富介孔管状氮化碳光催化剂在降解有机污染物中的应用，具体为利用实施例1中制得的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-1.5，AN-TCN-4.5，AN-TCN-9)和对比例1制得的填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)及对比例2中制得的中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)降解水体中的盐酸四环素，包括以下步骤：
分别取实施例1中制得的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-1.5，AN-TCN-4.5，AN-TCN-9)和对比例1制得的填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)及对比例2中制得的中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)，各20mg，分别加入到20mL、浓度为10mg/L、pH为4.86的盐酸四环素(TCH)溶液中，混合均匀，于室温(25℃)、300rpm的条件下对盐酸四环素进行暗反应30min，达到吸附-解吸平衡；将达到吸附平衡后的混合液置于氙灯(λ>420nm，输出光功率为45W～50W)下，于室温(25℃)、300rpm的条件下进行光催化反应30min，完成对水体中盐酸四环素(TCH)的降解。
图7为本发明实施例2中填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-1.5，AN-TCN-4.5，AN-TCN-9)、填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)和中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)降解盐酸四环素(TCH)的效果图。图7中，填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-1.5，AN-TCN-4.5，AN-TCN-9)在30分钟内对盐酸四环素(TCH)的降解率为分别为82％、87％、84％，而填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)在30分钟内对盐酸四环素(TCH)的降解率为80％，中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)在30分钟内对盐酸四环素(TCH)的降解率为74％，表明填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-1.5，AN-TCN-4.5，AN-TCN-9)具有更高的光催化性能。与中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)相比，填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)及填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-1.5，AN-TCN-4.5，AN-TCN-9)具有更丰富的介孔结构，且介孔结构的量为：填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-1.5，AN-TCN-4.5，AN-TCN-9)>填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)>中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)，同时盐酸四环素降解效率也表现为：填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-1.5，AN-TCN-4.5，AN-TCN-9)>填充型管状氮化碳光催化剂(WTCN)>中空管状氮化碳光催化剂(HTCN)，说明介孔结构与催化性能紧密相关，同时也说明填充型富介孔管状氮化碳光催化剂(AN-TCN-1.5，AN-TCN-4.5，AN-TCN-9)具有比表面积大、活性位点多、可见光吸收能力强、光生电子-空穴对复合效率低、光生电子传输快等优点，因此本发明填充型富介孔管状氮化碳光催化剂表现出更高的光催化降解盐酸四环素(TCH)的能力。不同浓度过氧化氢溶液浸渍后得到的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂的光催化效率为：AN-TCN-4.5>AN-TCN-1.5≈AN-TCN-9，这是因为AN-TCN-1.5光催化剂介孔结构不足导致的光催化效率较低，然而AN-TCN-9光催化剂光催化效率较低是因为高浓度过氧化氢会破坏管状结构完整性，从而导致光催化效率较低，这说明过氧化氢溶液的浓度是制备高催化性能填充型富介孔管状氮化碳光催化剂是不可忽略的因素，且选择合适浓度的过氧化氢溶液才能制备高催化性能填充型富介孔管状氮化碳光催化剂，特别的，当过氧化氢溶液的质量浓度为3％～6％，所制备的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂具有更加优异的光催化性能。
综合上述结果可知，本发明中，以过氧化氢溶液为气体分子源，在煅烧过程中可利用过氧化氢分子分解及水分子汽化产生的内源性气体的冲击力，抑制或冲破管状氮化碳片层间的紧密堆叠，从而在形成管状氮化碳的同时也能将管内部的大孔氮化碳转化成介孔氮化碳，由此制备得到具有富介孔结构填充的管状氮化碳光催化剂，不仅增加了管状氮化碳的比表面积、改善了光生载流子的分离和传输，还显著提高了管状氮化碳的光催化活性，从而能够更加高效的降解有机污染物。本发明制备方法制备的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂具有介孔结构丰富、比表面积大、可见光吸收能力强、光生电荷复合效率低、光生电子传输快、光催化性能高等优点，是一种性能优异的新型氮化碳光催化剂，可广泛用于降解有机污染物，使用价值高，应用前景好；同时，本发明制备方法还具有反应体系单一、制备工艺简单、原料安全、成本低、可批量生产等特点，可实现工业化大规模生产，便于工业化利用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种填充型富介孔管状氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，以氮化碳前驱体为原料，以过氧化氢溶液为气体分子源，经煅烧后制备得到填充型富介孔管状氮化碳光催化剂；所述氮化碳前驱体是由含氮有机物经水热处理后制备得到。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将含氮有机物制成混合溶液；
(2)将步骤(1)中得到的混合溶液进行水热处理，得到氮化碳前驱体；
(3)将步骤(2)中得到的氮化碳前驱体浸渍到过氧化氢溶液中；
(4)将步骤(3)中浸渍后的氮化碳前驱进行煅烧，得到填充型富介孔管状氮化碳光催化剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述过氧化氢溶液的质量浓度为1％～10％。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合溶液的制备方法包括以下步骤：将含氮有机物与溶剂混合，在搅拌条件下进行加热，使含氮有机物完全溶解，得到混合溶液；所述含氮有机物为三聚氰胺、三聚氰酸、尿素、二氰二氨中的至少一种；所述溶剂为水；所述搅拌的速度为200rpm～500rpm；所述加热过程中采用的水浴温度为70℃～90℃；所述加热时间为0.3h～1h。
5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述水热处理在温度为150℃～200℃下进行；所述水热处理的温度为10h～12h；所述水热处理完成后还包括对产物进行烘干，所述烘干的温度为50℃～80℃；所述烘干的时间为10h～20h。
6.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述煅烧在氮气气氛下进行；所述煅烧的温度为450℃～650℃，所述煅烧的时间为2h～4h。
7.一种填充型富介孔管状氮化碳光催化剂，其特征在于，由如权利要求1～6中任一项所述的制备方法制得；所述填充型富介孔管状氮化碳光催化剂呈管状结构，所述管状结构内部填充有介孔结构氮化碳。
8.一种如权利要求7所述的填充型富介孔管状氮化碳光催化剂在降解有机污染物中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：将填充型富介孔管状氮化碳与有机污染物水体混合，搅拌，在光照条件下进行光催化反应，完成对水体中有机污染物的降解；所述填充型富介孔管状氮化碳光催化剂与有机污染物水体的比例为0.5g～1g∶1L。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述有机污染物水体中的有机污染物为抗生素；所述抗生素为盐酸四环素；所述有机污染物水体中有机污染物的浓度≤20mg/L；所述搅拌的速度为200rpm～600rpm；所述搅拌的时间为0.5h～1h；所述光催化反应过程中采用的光源为氙灯；所述氙灯的输出光功率为45W～50W；所述光催化反应在温度为20℃～30℃下进行；所述光催化反应的时间为0.5h～1.5h。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| TING WU等: ""Tube wall delamination engineering induces photogenerated carrier separation to achieve photocatalytic performance improvement of tubular g-C3N4"", 《JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114797937B (zh) | 2023-07-07 |
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