PL244172B1 - Sposób otrzymywania fotokatalizatora opartego na grafitowym azotku węgla redukowanego wodorem - Google Patents
Sposób otrzymywania fotokatalizatora opartego na grafitowym azotku węgla redukowanego wodorem Download PDFInfo
- Publication number
- PL244172B1 PL244172B1 PL439814A PL43981421A PL244172B1 PL 244172 B1 PL244172 B1 PL 244172B1 PL 439814 A PL439814 A PL 439814A PL 43981421 A PL43981421 A PL 43981421A PL 244172 B1 PL244172 B1 PL 244172B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- carbon nitride
- graphitic carbon
- hydrogen
- hours
- obtaining
- Prior art date
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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen
- C01B3/04—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by decomposition of inorganic compounds
- C01B3/042—Decomposition of water
-
- 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest sposób otrzymywania fotokatalizatora opartego na grafitowym azotku węgla redukowanego, który charakteryzuje się tym, że eksfoliowany grafitowy azotek węgla wygrzewa się w atmosferze gazu redukcyjnego stanowiącego mieszaninę gazów złożoną objętościowo z 5% H<sub>2</sub> i 95% N<sub>2</sub> w temperaturze 400°C przez 3,5 — 4,5 godzin.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania fotokatalizatora opartego na grafitowym azotku węgla redukowanego wodorem. Katalizator posiada również potencjał zastosowania w dziedzinach: fotokatalityczne otrzymywanie wodoru z wody.
W literaturze znane są przykłady fotokatalizatorów opartych na redukowanym wodorem grafitowym azotku węgla. Jednocześnie raportowane materiały charakteryzują się skomplikowaną metodyką otrzymywania, która uniemożliwia ich dalsze komercyjne zastosowanie.
W publikacji X. Kang i in., Improving the photocatalytic activity of graphitic carbon nitride by thermal treatment in high-pressure hydrogen atmosphere, Progress in Natural Science: Materials International 28 (2018) 183-188, opisano fotokatalizator charakteryzujący się dobrymi właściwościami fotokatalitycznymi, jednak zastosowanie wysokiego ciśnienia ogranicza jego komercyjne zastosowanie. W metodzie tej wielowarstwowy grafitowy azotek węgla otrzymano w procesie polimeryzacji dicyjanoamidu w temperaturze 500°C przez 4 godziny w piecu muflowym z dopływem powietrza. Szybkość grzania wynosiła 2°C/min. Otrzymany materiał wygrzewano w temperaturze 400°C pod początkowym ciśnieniem 5 MPa w atmosferze wodoru przez 1-120 godzin przy użyciu aparatury typu Sieverta.
Z publikacji X. Li i in., Hydrogenated Defects in Graphitic Carbon Nitride Nanosheets for Improved Photocatalytic Hydrogen Evolution, The Journal of Physical Chemistry C 119 (2015) 14938-14946, znany jest sposób otrzymywania fotokatalizatora opartego na zredukowanym grafitowym azotku węgla. W metodzie tej dicyjanoamid skalcynowano w atmosferze gazu obojętnego (N2) w temperaturze 550°C przez 4 godziny z szybkością grzania wynoszącą 2,2°C/min, otrzymując wielowarstwowy grafitowy azotek węgla. Następnie tak otrzymany produkt poddano dalszemu wygrzewaniu w piecu rurowym w atmosferze gazu redukcyjnego (H2) w temperaturze 550°C przez 1-3 godziny ze stałą szybkością grzania 2°C/min.
W publikacji P. Niu i in., Increasing the Visible Light Absorption of Graphitic Carbon Nitride (Melon) Photocatalysts by Homogeneous Self-Modification with Nitrogen Vacancies, Advanced Materials 26 (2014) 8046-8052, jako prekursor grafitowego azotku węgla wykorzystano dicyjanoamid, który kalcynowano w temperaturze 550°C przez 4 godziny ze stałą szybkością grzania wynoszącą 2,3°C/min. Następnie, otrzymany wielowarstwowy grafitowy azotek węgla wygrzewano w temperaturze 520-540°C przez 2 godziny w atmosferze wodorowej.
W publikacji S. Zhang i in., g-CsN4 synthesized from NH4SCN in a H2 atmosphere as a high performance photocatalyst for blue light-driven degradation of rhodamine B, Royal Society of Chemistry, RSC Advances 10 (2020) 19669-19685, porównano aktywność fotokatalityczną serii grafitowych azotków węgla otrzymanych w jednoetapowej reakcji kalcynacji. Określono wpływ prekursora (rodanku amonu (AT), tiomocznika (T), dicyjanoamidu (D) i melaminy (M)) grafitowego azotku węgla, który wygrzewano w wysokotemperaturowym piecu do pirolizy w temperaturze w zakresie 400-550°C przez 1-5 godzin z szybkością grzania 3°C/min w atmosferze różnych gazów (Ar, H2, CH4, CO). AT-H2-550-5 cechował się największą aktywnością fotokatalityczną w reakcji fotokatalitycznego rozkładu Rodaminy B pod wpływem światła niebieskiego. W przykładzie tym, wielowarstwowy grafitowy azotek węgla otrzymano poprzez bezpośrednią reakcję polimeryzacji prekursorów grafitowego azotku węgla w atmosferze wodoru.
Problemem technicznym do rozwiązania jest jednoczesne zmniejszenie kosztów, uproszczenie oraz zwiększenie bezpieczeństwa procesu otrzymywania grafitowego azotku węgla o zredukowanej ilości warstw, bez konieczności użycia podwyższonego ciśnienia.
Sposób otrzymywania fotokatalizatora opartego na grafitowym azotku węgla redukowanego wodorem, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że eksfoliowany grafitowy azotek węgla wygrzewa się w atmosferze gazu redukcyjnego stanowiącego mieszaninę gazów złożoną objętościowo z 5% H 2 i 95% N2 w temperaturze 400°C przez 3,5-4,5 godzin.
Zaletą sposobu według wynalazku jest możliwość uzyskania fotokatalizatora o zwiększonej aktywności fotokatalitycznej. Zastosowanie atmosfery redukcyjnej podczas syntezy fotokatalizatorów zapewnia zwiększenie powierzchni właściwej fotokatalizatorów oraz przyczynia się do zahamowania procesu rekombinacji nośników ładunku na powierzchni fotokatalizatorów, tym samym podwyższając ich aktywność w reakcjach fotokatalitycznych. Otrzymany materiał charakteryzuje się wysoką wydajnością generowania wodoru w reakcji fotokatalitycznego rozkładu wody bez udziału ko-katalizatora.
Sposób według wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania i na rysunku, gdzie Fig. 1 przedstawia obrazy z transmisyjnego mikroskopu elektronowego eksfoliowanego grafitowego azotku węgla redukowanym wodorem w temperaturze 400°C przez 4 godziny, Fig. 2 przedstawia obraz z mikroskopu sił atomowych eksfoliowanego grafitowego azotku węgla redukowanym wodorem w temperaturze 400°C przez 4 godziny, Fig. 3 przedstawia zależność ilości wytworzonego wodoru w reakcji fotokatalitycznego rozkładu wody od czasu, w obecności redukowanego eksfoliowanego grafitowego azotku węgla w temperaturze 400°C przez 4 godziny pod wpływem symulowanego światła słonecznego.
Przykład 1
Melaminę kalcynowano w piecu muflowym w temperaturze 550°C przez 4 godziny ze stałą szybkością grzania 2°C/min ze stałym dopływem powietrza. Kolejno, 2 g otrzymanego grafitowego azotku węgla umieszczono pod chłodnicą zwrotną z kwasem azotowym (Y) (HNO3, 65%) przez 3 godziny w temperaturze 80°C. Następnie otrzymaną mieszaninę zneutralizowano, przemywając mieszaninę wodą destylowaną, a następnie osad odwirowano i suszono w temperaturze 65°C. Tak otrzymany proszek ogrzewano w temperaturze 250°C przez 2 godziny w atmosferze gazu obojętnego, otrzymując eksfoliowany grafitowy azotek węgla jako ostateczny produkt.
250 mg eksfoliowanego grafitowego azotku węgla umieszczono w ceramicznej łódeczce, którą następnie umieszczono w piecu rurowym. Materiał wygrzewano w temperaturze 400°C przez 3 godziny 30 minut w atmosferze mieszaniny gazów (5% H2 + 95% N2). Po upływie tego czasu mieszanina została ochłodzona samoistnie do temperatury pokojowej.
Przykład 2
Eksfoliowany grafitowy azotek węgla otrzymano jak w przykładzie 1.
250 mg eksfoliowanego grafitowego azotku węgla umieszczono w ceramicznej łódeczce, którą następnie umieszczono w piecu rurowym. Materiał wygrzewano w temperaturze 400°C przez 3 godziny 50 minut w atmosferze mieszaniny gazów (5% H2 + 95% N2). Po upływie tego czasu mieszanina została ochłodzona samoistnie do temperatury pokojowej.
Przykład 3
Eksfoliowany grafitowy azotek węgla otrzymano jak w przykładzie 1.
250 mg eksfoliowanego grafitowego azotku węgla umieszczono w ceramicznej łódeczce, którą następnie umieszczono w piecu rurowym. Materiał wygrzewano w temperaturze 400°C przez 4 godziny 10 minut w atmosferze mieszaniny gazów (5% H2 + 95% N2). Po upływie tego czasu mieszanina została ochłodzona samoistnie do temperatury pokojowej.
Przykład 4
Eksfoliowany grafitowy azotek węgla otrzymano jak w przykładzie 1.
250 mg eksfoliowanego grafitowego azotku węgla umieszczono w ceramicznej łódeczce, którą następnie umieszczono w piecu rurowym. Materiał wygrzewano w temperaturze 400°C przez 4 godziny 30 minut w atmosferze mieszaniny gazów (5% H2 + 95% N2). Po upływie tego czasu mieszanina została ochłodzona samoistnie do temperatury pokojowej.
Materiał otrzymany według przykładów od 1-4 charakteryzuje się zdolnością do fotokatalitycznego otrzymywania wodoru z wody w taki sposób, że materiał został umieszczony w wodzie zawierającej odpowiednią ilość trietanoloaminy (TEOA), po czym rozpoczęto proces naświetlania. Stwierdzono, że ilość wyprodukowanego H2 dla każdej modyfikacji (zależności od czasu wygrzewania) jest zbliżona i wynosi około 20 μmol/g po 4 godzinach od momentu rozpoczęcia naświetlania reaktora symulowanym światłem słonecznym uzyskanym przy pomocy lampy ksenonowej o mocy 150 W wyposażonej w filtr (A. M. 1,5 G). Proces fotokatalitycznego rozkładu wody prowadzono bez użycia dodatku w postaci kokatalizatora (np. Pt).
Claims (1)
1. Sposób otrzymywania fotokatalizatora opartego na grafitowym azotku węgla redukowanego wodorem znamienny tym, że eksfoliowany grafitowy azotek węgla wygrzewa się w atmosferze gazu redukcyjnego stanowiącego mieszaninę gazów złożoną objętościowo z 5% H 2 i 95% N2 w temperaturze 400°C przez 3,5-4,5 godzin.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL439814A PL244172B1 (pl) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | Sposób otrzymywania fotokatalizatora opartego na grafitowym azotku węgla redukowanego wodorem |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL439814A PL244172B1 (pl) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | Sposób otrzymywania fotokatalizatora opartego na grafitowym azotku węgla redukowanego wodorem |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL439814A1 PL439814A1 (pl) | 2023-06-19 |
| PL244172B1 true PL244172B1 (pl) | 2023-12-11 |
Family
ID=86944938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL439814A PL244172B1 (pl) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | Sposób otrzymywania fotokatalizatora opartego na grafitowym azotku węgla redukowanego wodorem |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL244172B1 (pl) |
-
2021
- 2021-12-13 PL PL439814A patent/PL244172B1/pl unknown
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| BARANOWSKA, D ET AL.:: "Carbon Nitride. Int. J. Mol. Sci. (3-12-2021r.), 22, 13096. https://doi.org/10.3390/ijms22231309", INFLUENCE OF HYDROGENATION ON MORPHOLOGY,HEMICAL STRUCTURE AND PHOTOCATALYTIC EFFICIENCY OF GRAPHITIC * |
| NIU, P. ET AL.:: "Advanced Materials(2014)., 26(47), 8046–8052. doi:10.1002/adma.201404057", INCREASING THE VISIBLE LIGHT ABSORPTION OF GRAPHITIC CARBON NITRIDE (MELON) PHOTOCATALYSTS BY HOMOGENEOUS SELF-MODIFICATION WITH NITROGEN VACANCIES * |
| XIAOBO LI ET AL.:: "The Journal of Physical Chemistry (2015) C 119(27):150526191038007, DOI:10.1021/acs.jpcc.5b03538", HYDROGENATED DEFECTS IN GRAPHITIC CARBON NITRIDE NANOSHEETS FOR IMPROVED PHOTOCATALYTIC HYDROGEN EVOLUTION * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL439814A1 (pl) | 2023-06-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104399509B (zh) | 一种无氢前驱体合成的氮化碳光催化剂 | |
| CN112473717B (zh) | 一种镍单原子/功能化石墨相氮化碳复合催化剂 | |
| CN113042090B (zh) | 一种具有电荷传递链的非金属光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN114671417B (zh) | 一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法及其应用 | |
| CN115025803B (zh) | 一种氰基改性氮化碳及其制备方法和应用 | |
| CN116020516B (zh) | 一种尺寸可控的石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法 | |
| CN110882714A (zh) | 卷曲状氮化碳薄片、制备方法及其在光催化分解水产氢中的应用 | |
| JP3834777B2 (ja) | ガリウムナイトライド固溶体からなる水分解用触媒 | |
| Jiang et al. | Facile two-step treatment of carbon nitride for preparation of highly efficient visible-light photocatalyst | |
| KR20200072345A (ko) | 메탄화반응 촉매, 이의 제조방법 및 이를 이용한 합성천연가스의 제조방법 | |
| CN110227533B (zh) | 一种石墨相氮化碳光催化剂的制备方法 | |
| CN110560127A (zh) | 大比表面积石墨相氮化碳的制备方法 | |
| CN114289047A (zh) | 一种氢氧化钴/氮化碳光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN109289831A (zh) | 具有高抗积碳性的丙烷脱氢制丙烯的催化剂及其制备方法 | |
| PL244172B1 (pl) | Sposób otrzymywania fotokatalizatora opartego na grafitowym azotku węgla redukowanego wodorem | |
| WO2023116850A1 (zh) | 一种利用光化学反应直接将二氧化碳转换为固态碳的方法 | |
| CN116393158A (zh) | 一种用于甲烷干重整制合成气催化剂的制备方法及应用 | |
| CN107758656B (zh) | 一种二段式共同生产煤基石墨及碳纳米管的系统及方法 | |
| CN111943152B (zh) | 一种光催化剂及光催化合成氨的方法 | |
| CN119140144A (zh) | 一种石墨相氮化碳基复合光催化剂的制备及其在过氧化氢合成中的应用 | |
| CN113318745A (zh) | 一种用于生物质热解制富氢催化剂的制备方法 | |
| CN110639581B (zh) | 一种WP2/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法 | |
| CN115364878B (zh) | 一种含镍磷的碳基催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN117065778A (zh) | 一种双原子催化剂的制备方法及焦油催化重整方法 | |
| US20130192975A1 (en) | Method of Manufacturing a Porous Gallium (III) Oxide Photocatalyst for Preparation of Hydrocarbons |