CN115569662B - 一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法 - Google Patents

一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115569662B
CN115569662B CN202211294928.6A CN202211294928A CN115569662B CN 115569662 B CN115569662 B CN 115569662B CN 202211294928 A CN202211294928 A CN 202211294928A CN 115569662 B CN115569662 B CN 115569662B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cuins
photocatalyst
mixture
ammonium molybdate
solution
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.)
Active
Application number
CN202211294928.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115569662A (zh
Inventor
陈清
吴险峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China South To North Water Transfer Group Ecological Environmental Protection Co ltd
Original Assignee
China South To North Water Transfer Group Ecological Environmental Protection Co ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China South To North Water Transfer Group Ecological Environmental Protection Co ltd filed Critical China South To North Water Transfer Group Ecological Environmental Protection Co ltd
Priority to CN202211294928.6A priority Critical patent/CN115569662B/zh
Publication of CN115569662A publication Critical patent/CN115569662A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115569662B publication Critical patent/CN115569662B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • B01J27/02—Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
    • B01J27/04—Sulfides
    • 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
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/19—Catalysts containing parts with different compositions
    • 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
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/20—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
    • B01J35/23—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
    • 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
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/39—Photocatalytic properties
    • 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
    • C02F2101/32—Hydrocarbons, e.g. oil
    • C02F2101/327—Polyaromatic Hydrocarbons [PAH's]
    • 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

本发明公开了一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法，包括如下步骤：S1：称取CuInS2量子点、g‑C3N4原料粉末；S2：混合处理，形成初步产物；S3：退火处理，得到g‑C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂，并提供了CuInS2量子点、g‑C3N4的制备方法，进一步改善了g‑C3N4比表面积小、禁带宽度较大、载流子容易复合的问题，进而提高g‑C3N4的结构性能以及光催化效果。

Description

一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及光催化剂制备技术领域，具体是涉及一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法。
背景技术
半导体光催化通过直接利用太阳光来驱动一系列重要的化学反应，将低密度的太阳能转化为高密度的化学能，能直接降解有机污染物、杀灭细菌微生物等，具有能耗低、反应条件温和、反应速率快，无二次污染等诸多优点，在解决能源短缺和水环境污染等方面表现出巨大的潜力。石墨相氮化碳(g-C3N4)是传统氮化碳材料中最为稳定的一种形态，其独特的能带结构，可直接吸收一定范围波长的可见光，作为一种不含金属的光催化剂被引入到光催化降解污染物领域，但因比表面积小、禁带宽度较大、载流子容易复合等问题，导致效果还不理想。
近年来，有很多学者都从以上几个方面对其进行了性能优化研究，取得了较好的效果，如许振明申请了一种制备锂掺杂、钴负载的g-C3N4光催化剂的方法(CN202111388442.4)，周忠福申请了一种g-C3N4纳米片光催化剂的制备方法(CN202111041851.7)，刘海瑞等申请了一种碳/硫共掺杂介孔g-C3N4复合光催化材料的制备方法(CN110227530B)，范晓星申请了多孔g-C3N4光催化剂及其制备方法和应用(CN108067281B)。
纳米材料由于具有特殊的物理化学性质以及在纳米器件方面的潜在应用，而受到人们的广泛关注。纳米CuInS2是直接带隙半导体材料，是一种非常重要制作太阳能电池的半导体材料；具有较大的吸收系数及低毒性，且该种材料所制作的太阳能电池光电转换效率已经达到了20％，另外CuInS2太阳能电池抗辐射能力强，无光致衰退现象，使用寿命可达20年以上，因此受到了世界各国科研工作者的重视，纳米CuInS2的制备与研究成为纳米半导体材料研究的热点。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法。
本发明的技术方案是：
一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取原料，以质量比为1：2～3称取CuInS2量子点、g-C3N4粉末，以1mg的CuInS2量子点对应1～2mL氯仿为配比称取氯仿；
S2：混合处理，将CuInS2量子点、氯仿、g-C3N4粉末混合并持续搅拌2h，形成初步产物；
S3：退火处理，将初步产物在260℃～350℃下退火10～20min，得到g-C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂；
说明：上述设置使得CuInS2量子点与g-C3N4发生复合，从而提高g-C3N4的光催化效果，在单一的半导体结构中，会光生e-和h+在被光激发后会快速复合，从而降低可见光的利用效率，将两种半导体材料复合，并有效改变材料的尺寸，在匹配能级结构的同时，可以调控优化复合材料的带隙结构，使其光生载流子寿命得到优化，同时，在可见光波段的吸收性能也得以优化。此外，复合半导体纳米材料能够拥有更高的光催化循环性和光稳定性，而CuInS2这种直接带隙半导体材料具有较大的吸光系数、合适的禁带宽度(1.5eV)、稳定性高、低毒等优势，通过氯仿为溶剂，可以通过残留的氯元素可以充当掺杂剂的作用，能加强电荷流动性，改善g-C3N4的形貌结构，CuInS2量子点可以更好地改善g-C3N4比表面积小、禁带宽度较大、载流子容易复合的问题，进而提高g-C3N4的性能以及光催化效果。
进一步地，步骤S2中的混合处理为，将CuInS2量子点加入到氯仿中持续搅拌30min，形成前混合物，再将g-C3N4粉末加入前混合物中，持续搅拌2h，形成初步产物；步骤S3中的退火处理为，将初步产物升温至260℃～350℃并保温0.5～1h，再退火10～20min，得到g-C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂；
说明：通过混合处理的设置，可以使得CuInS2量子点均一、充分的与g-C3N4粉末混合，通过退火处理的设置，可以激活二者结合的功能，即把处于间隙位置的CuInS2量子点以及杂质原子通过退火而让它们进入到g-C3N4的对应位置；从而提高二者复合效果。
进一步地，所述g-C3N4粉末为g-C3N4中空纳米管粉末，g-C3N4中空纳米管粉末的制备方法为：
1)取钼酸铵溶于蒸馏水中，形成钼酸铵溶液，然后向钼酸铵溶液中滴加硝酸，调节钼酸铵溶液pH值为1.5，搅拌30min，形成预混液；
2)将预混液转移至聚四氟乙烯分散液的反应釜中，在110℃～130℃条件下保持6h，将反应完后的固体转移至烧杯中清洗，然后在100℃下干燥1h，得到MoO3的纳米管；
3)以MoO3纳米管为模板，铜箔为基底，采用化学气相沉积技术，得到g-C3N4-MoO3复合纳米线；
4)将g-C3N4-MoO3复合纳米线加入到质量浓度为30％的H2O2溶液中除去MoO3，得到中空结构的g-C3N4纳米管，过200目筛得到g-C3N4粉末；
说明：采用以MoO3纳米管为模板，铜箔为基底的硬模板法进行制备g-C3N4纳米管，硬模板具有较高的稳定性和良好的窄间限域作用，能严格地控制纳米材料的大小和形貌，使g-C3N4在MoO3纳米管上形成纳米结构材料，最后将MoO3溶解去除，形成中空结构的g-C3N4纳米管，较大限度增大了g-C3N4纳米管的比表面积，延长了光生载流子的寿命，再光催化降解有机污染物的实际反应中，催化剂的比表面积增大可使污染物分子更多地吸附在催化剂表面，增大和光生载流子反应的机会。
进一步地，在步骤1)中，以1g钼酸铵中加入4～6mL蒸馏水为配比，称取钼酸铵、蒸馏水形成钼酸铵溶液，向钼酸铵溶液滴加硝酸的浓度为4mol/L调节溶液pH值；在步骤2)中聚四氟乙烯分散液的量与钼酸铵的对应比例为7～9mL：1g，清洗步骤为，先后用蒸馏水、乙醇交替清洗反复3次；
说明：上述参数的设置能使反应较优，参数范围较高或较低会影响MoO3的纳米管的形成效果。
进一步地，步骤3)为，常温下在管式炉中以钼酸铵与双氰胺的质量比为1：4～6放入双氰胺，以15～20℃/min升高管式炉内温度到400℃～600℃，MoO3纳米管表面上的双氰胺发生缩聚反应生成g-C3N4，反应2h，形成g-C3N4-MoO3复合纳米线；
说明：通过采用双氰胺，可使得获得的g-C3N4带隙较窄，通过上述参数，制成的g-C3N4-MoO3复合纳米线较为优选。
进一步地，所述CuInS2量子点为CuInS2纳米晶量子点，CuInS2纳米晶量子点的制备方法为：
1)称取碘化亚铜、醋酸铟、十二烷基硫醇以及十八烯，并将其加入到三口烧瓶中混合，形成碘化亚铜混合液；
2)将碘化亚铜混合液真空加热至120℃并搅拌30min；然后加入油酸，在真空120℃下持续搅拌30min后，通入惰性气体或氮气保持30～40min，再升温到210℃～230℃，溶液自浅黄色变为深红色后，恒温反应1h，将得到CuInS2纳米晶胶体溶液；
3)将CuInS2纳米晶胶体溶液离心浓缩，清洗，干燥得到CuInS2纳米晶量子点；
说明：上述通过采用非注入合成法，在十八烯(ODE，非配位性溶剂)/油酸(OA，配体)体系中，进行合成CuInS2量子点；方法简单、反应条件不苛刻、成本低，反应时间可控，通过调整不同的配体、溶剂、反应时间、反应温度可精确改变CuInS2纳米晶的形貌，生成的CuInS2纳米晶量子点在促进光催化反应上较为优选，不活泼性气体可保护反应的进行，以防止其他气体对合成反应造成干扰，对In2S3量子点的合成、进一步的对CuInS2合金量子点的合成造成不利影响。
进一步地，在步骤1)中，按照摩尔比为1：3～5称取碘化亚铜、醋酸铟，以1mmol碘化亚铜对应5mL十二烷基硫醇、25mL十八烯为配比称取十二烷基硫醇与十八烯，在步骤2)中，以1mmol碘化亚铜对应20～30mL油酸加入油酸；
说明：上述配比参数较为合适，由此保证合适的铜源浓度范围，有利于反应的进行，若所述铜离子的浓度过高，即铜离子过多或硫醇配体过少，铜不能完全与硫醇配体形成络合物，导致溶液成分不均一；若所述铜离子的浓度过低，即铜离子过少或硫醇配体过高，过量的硫醇配体会在最终量子点表面形成粘附，降低最终量子点的质量。
进一步地，步骤S2中，将CuInS2量子点加入到氯仿中持续搅拌30min，形成前混合物，将前混合物均分为3份，取1份前混合物并将g-C3N4粉末加入其中，持续搅拌2h，形成初步产物；步骤S3中的退火处理采用激光退火处理：再取步骤S2中1份前混合物喷洒在初步产物表面，用波长为405～410纳米的激光束对喷洒面进行照射升温，并调整激光功率密度，将初步产物升温至250～300℃时，再取步骤S2中最后1份前混合物以每10秒0.10份的速度喷洒在初步产物表面一次，再用波长为410～420纳米的激光进行照射5s，然后再重复喷洒、照射；至前混合物喷洒完全，随后降低激光功率，原位退火；
说明：经历退火工序可以消除半导体材料的组织缺陷，但是传统的炉子加热退火，不能高效消除结晶缺陷，并会导致材料性能下降，基体发生分解，掺杂物质析出或污染表面等；激光退火则能比较彻底地消除缺陷，当用快速的激光照射样品时，发生多光子吸收过程，可以进一步提高复合效果。
进一步地，所述g-C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂用于多环芳烃萘的光催化降解；配置10mL浓度为10mg/L的萘水溶液，取20mg的g-C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂加入到萘水溶液中，太阳光照1h后，检测萘的降解效率。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的制备方法通过采用以MoO3纳米管为模板，铜箔为基底的硬模板法进行制备g-C3N4纳米管，硬模板具有较高的稳定性和良好的窄间限域作用，能严格地控制纳米材料的大小和形貌，形成中空结构的g-C3N4纳米管，较大限度增大了g-C3N4纳米管的比表面积，延长了光生载流子的寿命，再光催化降解有机污染物的实际反应中，催化剂的比表面积增大可使污染物分子更多地吸附在催化剂表面，增大和光生载流子反应的机会。
(2)本发明通过采用非注入合成法，方法简单、反应条件不苛刻、成本低，反应时间可控，通过调整不同的配体、溶剂、反应时间、反应温度可精确改变CuInS2纳米晶的形貌，生成的CuInS2纳米晶量子点在促进光催化反应上较为优选。
(3)本发明通过CuInS2量子点与g-C3N4的复合，可以调控优化复合材料的带隙结构，使其光生载流子寿命得到优化，同时，在可见光波段的吸收性能也得以优化，能够拥有更高的光催化循环性和光稳定性，而CuInS2这种直接带隙半导体材料具有较大的吸光系数、合适的禁带宽度(1.5eV)、稳定性高、低毒等优势，通过氯仿为溶剂，可以通过残留的氯元素可以充当掺杂剂的作用，能加强电荷流动性，改善g-C3N4的形貌结构，CuInS2量子点可以更好地改善g-C3N4比表面积小、禁带宽度较大、载流子容易复合的问题，进而提高g-C3N4的性能以及光催化效果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明，以更好地体现本发明的优势。
实施例1
一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取原料，称取20mg的CuInS2量子点、50mg的g-C3N4粉末，30mL氯仿；
S2：混合处理，将CuInS2量子点加入到氯仿中持续搅拌30min，形成前混合物，再将g-C3N4粉末加入前混合物中，持续搅拌2h，形成初步产物；
S3：退火处理，将初步产物升温至300℃并保温0.8h，在300℃下退火25min，得到g-C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂；
所述g-C3N4粉末为g-C3N4中空纳米管粉末，g-C3N4中空纳米管粉末的制备方法为：
1)取10g钼酸铵溶于50mL蒸馏水中，形成钼酸铵溶液，然后向钼酸铵溶液中滴加浓度为4mol/L硝酸，调节钼酸铵溶液pH值为1.5，搅拌30min，形成预混液；
2)将预混液转移至聚80mL四氟乙烯分散液的反应釜中，在120℃条件下保持6h，将反应完后的固体转移至烧杯中先后用蒸馏水、乙醇交替清洗反复3次，然后在100℃下干燥1h，得到MoO3的纳米管；
3)以MoO3纳米管为模板，铜箔为基底，常温下，在管式炉中放入5g双氰胺，以18℃/min升高管式炉内温度到500℃，MoO3纳米管表面上的双氰胺发生缩聚反应生成g-C3N4，反应2h，形成g-C3N4-MoO3复合纳米线，得到g-C3N4-MoO3复合纳米线；
4)将g-C3N4-MoO3复合纳米线加入到质量浓度为30％H2O2溶液中除去MoO3，得到中空结构的g-C3N4纳米管，过200目筛得到g-C3N4粉末；
所述CuInS2量子点为CuInS2纳米晶量子点，CuInS2纳米晶量子点的制备方法为：
1)称取1mmol碘化亚铜、4mmol醋酸铟，5mL十二烷基硫醇、25mL十八烯，并将其加入到100mL三口烧瓶中混合，形成碘化亚铜混合液；
2)将碘化亚铜混合液真空加热至120℃并搅拌30min；然后加入25mL油酸，在真空120℃下持续搅拌30min后，通入氮气保持35min，再升温到220℃，溶液自浅黄色变为深红色后，恒温反应1h，将得到CuInS2纳米晶胶体溶液；
3)将CuInS2纳米晶胶体溶液离心浓缩，清洗，干燥得到CuInS2纳米晶量子点。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于，步骤S1组分配比不同，具体为，称取20mg的CuInS2量子点、40mg的g-C3N4粉末，20mL氯仿。
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于，步骤S1组分配比不同，具体为，称取20mg的CuInS2量子点、60mg的g-C3N4粉末，60mL氯仿。
实施例4
本实施例与实施例1不同之处在于，制备g-C3N4中空纳米管粉末中各组分配比不同，具体为，步骤1)中取10g钼酸铵溶于40mL蒸馏水中，形成钼酸铵溶液，步骤2)中将预混液转移至聚70mL四氟乙烯分散液的反应釜中。
实施例5
本实施例与实施例1不同之处在于，制备g-C3N4中空纳米管粉末中各组分配比不同，具体为，步骤1)中取10g钼酸铵溶于60mL蒸馏水中，形成钼酸铵溶液，步骤2)中将预混液转移至聚90mL四氟乙烯分散液的反应釜中。
实施例6
本实施例与实施例1不同之处在于，制备CuInS2量子点中组分配比不同，具体为，步骤1)中称取3mmol醋酸铟，步骤2)中加入20mL油酸。
实施例7
本实施例与实施例1不同之处在于，制备CuInS2量子点中组分配比不同，具体为，步骤1)中称取5mmol醋酸铟，步骤2)中加入30mL油酸。
实施例8
本实施例与实施例1不同之处在于，步骤S3中退火温度与退火时间不同，具体为，将初步产物升温至260℃并保温1h，在260℃下退火10min。
实施例9
本实施例与实施例1不同之处在于，步骤S3中退火温度与退火时间不同，具体为，将初步产物升温至350℃并保温0.5h，在350℃下退火20min。
实施例10
本实施例与实施例1不同之处在于，制备g-C3N4中空纳米管粉末中的步骤2)与步骤3)中参数不同，具体为，步骤2)中将反应釜在110℃条件下保持；步骤3)中以15℃/min升温速度升高管式炉内温度到400℃。
实施例11
本实施例与实施例1不同之处在于，制备g-C3N4中空纳米管粉末中的步骤2)与步骤3)中参数不同，具体为，步骤2)中将反应釜在130℃条件下保持；步骤3)中以20℃/min升温速度升高管式炉内温度到600℃。
实施例12
本实施例与实施例1不同之处在于，制备CuInS2量子点中的步骤2)中参数不同，具体为，将通入的氮气保持30min，再升温到210℃。
实施例13
本实施例与实施例1不同之处在于，制备CuInS2量子点中的步骤2)中参数不同，具体为，将通入的氮气保持40min，再升温到230℃。
实施例14
本实施例与实施例1不同之处在于，步骤S2以及步骤S3不同，具体为，步骤S2中将CuInS2量子点加入到氯仿中持续搅拌30min，形成前混合物，将前混合物均分为3份，取1份前混合物并将g-C3N4粉末加入其中，持续搅拌2h，形成初步产物；步骤S3中的退火处理采用激光退火处理：再取步骤S2中1份前混合物喷洒在初步产物表面，用波长为405～410纳米的激光束对喷洒面进行照射升温，并调整激光功率密度，将初步产物升温至250～300℃时，再取步骤S2中最后1份前混合物以每10秒0.10份的速度喷洒在初步产物表面一次，再用波长为410～420纳米的激光进行照射5s，然后再重复喷洒、照射；至前混合物喷洒完全，随后降低激光功率，原位退火。
实施例15
本实施例与实施例14不同之处在于，激光照射波长不同，具体为，首先用波长为405纳米的激光束对喷洒面进行照射，取另一份后用波长为410纳米的激光进行照射。
实施例16
本实施例与实施例14不同之处在于，激光照射波长不同，具体为，首先用波长为410纳米的激光束对喷洒面进行照射，取另一份后用波长为420纳米的激光进行照射。
实施例17
本实施例与实施例14不同之处在于，初步产物升温节点不同，具体为，将初步产物升温至250℃。
实施例18
本实施例与实施例14不同之处在于，初步产物升温节点不同，具体为，将初步产物升温至300℃。
实验例
利用实施例1～18所制备得到的g-C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂进行处理多环芳烃萘，具体探究如下：配置10mL浓度为10mg/L的萘水溶液，取20mg的g-C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂加入到萘水溶液中，太阳光照1h后，检测萘的降解效率；
1、探究不同组分配比对所制备光催化剂的催化降解萘的影响；
以实施例1～7作为实验对比，结果如下表1所示：
表1不同组分配比下所制备光催化剂的催化降解萘的降解率
参数 降解率(％)
实施例1 73.6％
实施例2 67.3％
实施例3 66.9％
实施例4 69.7％
实施例5 68.9％
实施例6 70.7％
实施例7 70.3％
从表1中可以看出，对比实施例1～7，实施例2、实施例3的组分配比的变化对制备得到的g-C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂的催化降解萘影响较大，实施例4、实施例5、实施例6、实施例7的组分配比的变化对所制备的得到的光催化剂的催化降解萘均有所影响，其中，实施例1较优。
2、探究制备g-C3N4中空纳米管对所制备g-C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂的催化降解萘的影响；
对照例1：以专利CN109607498B中的制备方法制备得到的g-C3N4四方纳米管光催化剂作为g-C3N4粉末添加，其余组分保持不变，记作对照例1；
以实施例1、对照例10与实施例11、对照例1作为实验对比，结果如下表2所示：
表2不同g-C3N4中空纳米管制备方法下所制备光催化剂的催化降解萘的降解率
参数 降解率(％)
实施例1 73.6％
实施例10 71.3％
实施例11 71.9％
对照例1 29.3％
从表2中可以看出，对照例1与实施例1相比，其降解效率明显较低，对比实施例10、实施例11与实施例1，可以看出，反应温度与升温速度对制备g-C3N4中空纳米管均有所影响，综合来看，实施例1较优。
3、探究制备CuInS2量子点对所制备g-C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂的催化降解萘的影响；
对照例2：采用市售CuInS2量子点，其余组分保持不变，记作对照例2；
以实施例1、实施例12与实施例13、对照例2作为实验对比，结果如下表3所示：
表3不同CuInS2量子点制备方法下所制备光催化剂的催化降解萘的降解率
参数 降解率(％)
实施例1 73.6％
实施例12 72.6％
实施例13 73.4％
对照例2 53.6％
从表3中可以看出，对比实施例1与对照例2，对照例2所采用市售CuInS2量子点对所制备g-C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂的催化降解萘有所影响，且降解率较低，实施例1较为优选；对比实施例1、实施例12与实施例13，通入的氮气保持时间与升高的温度均对CuInS2量子点制备有所影响，且影响较小，当升温至实施例13的参数时，对降解效率没有了促进效果，因此，实施例1较优。
4、探究退火方法的参数对所制备g-C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂的催化降解萘的影响；
以实施例1、实施例8、实施例9、实施例14、实施例15、实施例16、实施例17、实施例18作为实验对比，结果如下表4所示：
表4不同退火方法的参数对所制备g-C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂的催化降解萘的影响；
参数 降解率(％)
实施例1 73.6％
实施例8 71.8％
实施例9 73.1％
实施例14 80.4％
实施例15 79.5％
实施例16 79.9％
实施例17 80.1％
实施例18 80.3％
从表4中可以看出，对比实施例1与实施例14，采用实施例14的退火方式能明显提高g-C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂的催化降解萘的效率，对比实施例1、实施例8与实施例9，可以看出，退火温度、保温时间、退火时间均对g-C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂的催化降解萘的效率有所影响，实施例1为优选；对比实施例14、实施例15、实施例16、实施例17、实施例18可以得出，激光束的照射波长对光催化剂的催化降解萘的效率影响较大，实施例14较为优选。

Claims (8)

1.一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：称取原料，以质量比为1：2~3称取CuInS2量子点、g-C3N4粉末，以1mg的CuInS2量子点对应1~2mL氯仿为配比称取氯仿；
S2：混合处理，将CuInS2量子点、氯仿、g-C3N4粉末混合并持续搅拌2h，形成初步产物；
S3：退火处理，将初步产物在260℃~350℃下退火10~20min，得到g-C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂；
所述g-C3N4粉末为g-C3N4中空纳米管粉末，g-C3N4中空纳米管粉末的制备方法为：
1）取钼酸铵溶于蒸馏水中，形成钼酸铵溶液，然后向钼酸铵溶液中滴加硝酸，调节钼酸铵溶液pH值为1.5，搅拌30min，形成预混液；
2）将预混液转移至聚四氟乙烯分散液的反应釜中，在110℃~130℃条件下保持6h，将反应完后的固体转移至烧杯中清洗，然后在100℃下干燥1h，得到MoO3的纳米管；
3）以MoO3纳米管为模板，铜箔为基底，采用化学气相沉积技术，得到g-C3N4-MoO3复合纳米线；
4）将g-C3N4-MoO3复合纳米线加入到质量浓度为30%H2O2溶液中除去MoO3，得到中空结构的g-C3N4 纳米管，过200目筛得到g-C3N4粉末。
2.如权利要求1所述的一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中的混合处理为，将CuInS2量子点加入到氯仿中持续搅拌30min，形成前混合物，再将g-C3N4粉末加入前混合物中，持续搅拌2h，形成初步产物；步骤S3中的退火处理为，将初步产物升温至260℃~350℃并保温0.5~1h，退火10~20min，得到g-C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂。
3.如权利要求1所述的一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤1）中，以1g钼酸铵中加入4~6mL蒸馏水为配比，称取钼酸铵、蒸馏水形成钼酸铵溶液，向钼酸铵溶液滴加硝酸的浓度为4mol/L调节溶液pH值；在步骤2）中聚四氟乙烯分散液的量与钼酸铵的对应比例为7~9mL：1g，清洗步骤为，先后用蒸馏水、乙醇交替清洗反复3次。
4.如权利要求1所述的一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3）为，常温下在管式炉中以钼酸铵与双氰胺的质量比为1：4~6放入双氰胺，以15~20 ℃/min升温速度升高管式炉内温度到400℃~600℃，MoO3纳米管表面上的双氰胺发生缩聚反应生成g-C3N4，反应2h，形成g-C3N4-MoO3复合纳米线。
5.如权利要求1所述的一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述CuInS2量子点为CuInS2纳米晶量子点，CuInS2纳米晶量子点的制备方法为：
（1）称取碘化亚铜、醋酸铟、十二烷基硫醇以及十八烯，并将其加入到三口烧瓶中混合，形成碘化亚铜混合液；
（2）将碘化亚铜混合液真空加热至120℃并搅拌30 min；然后加入油酸，在真空120℃下持续搅拌30 min后，通入惰性气体或氮气保持30~40 min，再升温到210℃~230℃，溶液自浅黄色变为深红色后，恒温反应1 h，将得到CuInS2纳米晶胶体溶液；
（3）将CuInS2纳米晶胶体溶液离心浓缩，清洗，干燥得到CuInS2纳米晶量子点。
6.如权利要求5所述的一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤（1）中，按照摩尔比为1：3~5称取碘化亚铜、醋酸铟，以1mmol碘化亚铜对应5mL十二烷基硫醇、25mL十八烯为配比称取十二烷基硫醇与十八烯，在步骤（2）中，以1mmol碘化亚铜对应20~30mL油酸加入油酸。
7.如权利要求1所述的一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中的混合处理为，将CuInS2量子点加入到氯仿中持续搅拌30min，形成前混合物，将前混合物均分为3份；取其中1份前混合物并将g-C3N4粉末加入其中，持续搅拌2h，形成初步产物；
步骤S3中的退火处理采用激光退火处理：再取步骤S2中1份前混合物喷洒在初步产物表面，用波长为405~410纳米的激光束对喷洒面进行照射升温，并调整激光功率密度，将初步产物升温至250~300℃时，再取步骤S2中最后1份前混合物以每10秒0.10份的速度喷洒在初步产物表面一次，再用波长为410~420纳米的激光进行照射5s，然后再重复喷洒、照射；至前混合物喷洒完全，随后降低激光功率，原位退火。
8.根据权利要求1-7任意一项所述方法所制备的光催化剂的应用，其特征在于，所述g-C3N4@CuInS2QDs复合物光催化剂用于多环芳烃萘的光催化降解。
CN202211294928.6A 2022-10-21 2022-10-21 一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法 Active CN115569662B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211294928.6A CN115569662B (zh) 2022-10-21 2022-10-21 一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211294928.6A CN115569662B (zh) 2022-10-21 2022-10-21 一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115569662A CN115569662A (zh) 2023-01-06
CN115569662B true CN115569662B (zh) 2023-12-08

Family

ID=84587759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211294928.6A Active CN115569662B (zh) 2022-10-21 2022-10-21 一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115569662B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104971762A (zh) * 2015-07-16 2015-10-14 华南理工大学 一种g-C3N4/CaIn2S4可见光复合光催化剂的制备方法与应用
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
CN107961807A (zh) * 2017-11-24 2018-04-27 江苏大学 一种超分子预组装氮化碳纳米管光催化剂的制备方法
CN108435228A (zh) * 2018-03-14 2018-08-24 中国地质大学（武汉） 一种基于硬模板法制备g-C3N4纳米管的工艺

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104971762A (zh) * 2015-07-16 2015-10-14 华南理工大学 一种g-C3N4/CaIn2S4可见光复合光催化剂的制备方法与应用
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
CN107961807A (zh) * 2017-11-24 2018-04-27 江苏大学 一种超分子预组装氮化碳纳米管光催化剂的制备方法
CN108435228A (zh) * 2018-03-14 2018-08-24 中国地质大学（武汉） 一种基于硬模板法制备g-C3N4纳米管的工艺

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Oleic acid assisted formation mechanism of CuInS2 nanocrystals with tunable structures;Fengcong Gong et al.;《RSC Advances》;第4卷;36875-36881 *
Photocatalytic degradation of anthracene by biochar-based graphitic carbon nitride;S N Q Syed Abd Halim et al.;《IOP Conference Series: Materials Science and Engineering》;第1195卷;012053:1-14 *
Polymeric carbon nitride hybridized by CuInS2 quantum dots for photocatalytic hydrogen evolution;Yun Zheng et al.;《Materials Letters》;第254卷;81-84 *
水热合成一维α-MoO3纳米棒及其湿敏性能研究;李金涛等;《材料导报B：研究篇》;第31卷(第3期);34-37 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115569662A (zh) 2023-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Inside-and-out modification of graphitic carbon nitride (g-C3N4) photocatalysts via defect engineering for energy and environmental science
Xu et al. In-situ La doped Co3O4 as highly efficient photocatalyst for solar hydrogen generation
CN110947376B (zh) 单原子贵金属锚定缺陷型WO3/TiO2纳米管、其制备和应用
Tang et al. Face-to-face engineering of ultrathin Pd nanosheets on amorphous carbon nitride for efficient photocatalytic hydrogen production
CN110152711B (zh) 一种CeO2@MoS2/g-C3N4三元复合光催化剂及其制备方法
CN108855131B (zh) 一种银-镍双金属掺杂二氧化钛纳米复合材料的制备和应用
Zhang et al. Synthesis of g-C3N4 microrods with superficial C, N dual vacancies for enhanced photocatalytic organic pollutant removal and H2O2 production
CN113145138B (zh) 热响应型复合光催化剂及其制备方法和应用
CN113862700A (zh) 一种Fe—N—C/MoO2纳米复合电催化剂及其制备方法和应用
CN109647377B (zh) 电化学自掺杂型WO3颗粒负载TiO2纳米管及制备方法与应用
CN113718275A (zh) 一种多孔棒状Co/C纳米棒复合材料的制备方法
Zhang et al. Enhanced electron density of the π-conjugated structure and in-plane charge transport to boost photocatalytic H2 evolution of g-C3N4
Zhao et al. Bi2O4 decorated with SnO2 nanoparticles as direct Z‐scheme heterojunction for enhanced degradation of tetracycline under visible light irradiation
CN114054016B (zh) 一种多孔氧化铌纳米材料及其制备方法和在碳中和中的应用
CN109395759B (zh) 一种具有核壳结构的Fe3C纳米粒子及其制备方法和应用
CN109158117B (zh) 一种全光谱响应双掺杂氟化镧/凹凸棒石上转换复合光催化材料及其制备方法与应用
Sun et al. Alkynyl carbon functionalized N-TiO2: Ball milling synthesis and investigation of improved photocatalytic activity
Wang et al. Intermediate-hydrothermal strategy of carbon doped g-C3N4 for improved photocatalytic degradation and disinfection capacity
CN115569662B (zh) 一种用于降解水体中芳香烃化合物的光催化剂的制备方法
CN104275175A (zh) 一种ZnO/石墨烯光催化剂的制备方法
CN110586060A (zh) 一种具有氧化-还原性能的复合光催化剂及其制备方法
CN110801857A (zh) 一种制备二氧化钛-氮掺杂石墨烯复合光催化材料的方法
CN113856717B (zh) 一种超级稳定的光催化材料促进剂及其制备方法
AU2021105884A4 (en) Visible light responsive nano-polyhedral ferric vanadate thin film photoelectrode and preparation method and use thereof
CN115569658A (zh) Cabb/ucnt异质结复合光催化剂及其制备方法与应用

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