一种多级结构的硅酸盐粘土-氮化碳复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于无机非金属基复合材料领域，一种多级结构的硅酸盐粘土-氮化碳复合材料，以硅酸盐粘土为核体，氮化碳负载在硅酸盐粘土表面形成多级结构的氮化碳纳米片。其制备方法如下：(1)将硅酸盐粘土均匀分散到甲醛溶液中，搅拌下调节体系pH值，然后加入三聚氰胺得到混合分散液，继续搅拌保温反应；用酸性溶液调节体系pH值酸性，继续恒温反应，用碱性溶液调节体系pH值，制得复合液；(2)将上述复合液烘干，然后在氮气气氛下进行热解反应，即制得硅酸盐粘土/氮化碳复合材料。树脂中的碳、氮元素可以在其硅酸盐粘土成核，原位生长成具有多级结构的氮化碳纳米片，从而有效地防止氮化碳纳米片的团聚与折叠，提高了复合材料的比表面积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机非金属基复合材料领域，具体涉及一种具有多级结构的硅酸盐粘土/氮化碳复合材料的制备方法。
技术介绍
石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种新型具有可见光响应的非金属光催化材料，因其独特的半导体能带结构和优异的化学稳定性等优点而被用于光解水产氢产氧、光催化有机选择性合成、光催化降解有机污染物等领域。然而，g-C3N4存在比表面积较小、在水中分散性差等缺点，从而制约了其光催化性能。为此常通过改变g-C3N4的微观结构，如设计多孔结构、制备纳米棒和纳米薄层等来解决此问题，但是上述方法仍存在一定的缺陷。合成多孔g-C3N4，则需要加入模板剂再去除模板剂等工序来完成，而制备g-C3N4纳米薄层常采用溶剂剥离法；这些方法都使得g-C3N4生产工艺相对复杂，耗时耗能，成本增加。中国专利CN 103539090B合成出了一种形貌尺寸均匀的高取向排列的氮化碳纳米棒阵列，然而该方法需经过高温水热工序，不适合大规模生产。因此，如何采用一种相对简单的方法制备出兼具高比表面积和优异分散性能的氮化碳材料是要解决的关键技术问题。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术中石墨相氮化硅制备工艺复杂的不足，提供一种多级结构的硅酸盐粘土-氮化碳复合材料及其制备方法，该方法具有简单易行、成本低廉等特点，适合规模化生产，该氮化碳复合材料兼具高比表面积和优异分散性能。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为，一种多级结构的硅酸盐粘土-氮化碳<br>复合材料，以一维纳米结构的硅酸盐粘土为核体，氮化碳负载在硅酸盐粘土表面形成多级结构的氮化碳纳米片。作为优选，所述的硅酸盐粘土为凹凸棒石、埃洛石或海泡石中的一种。上述的硅酸盐粘土-氮化碳复合材料的制备方法，步骤如下：(1)将硅酸盐粘土均匀分散到甲醛溶液中，搅拌下调节体系pH值为8.5～10.0，然后加入三聚氰胺得到混合分散液，将体系升温至80～90℃，继续搅拌保温反应30～60分钟；用酸性溶液调节体系pH值为4.0～5.8，继续恒温反应，当混合液滴入去离子随中呈现白色雾状且不易散开时，立即用碱性溶液调节体系pH值为7.5～9.0，制得硅酸盐粘土/三聚氰胺-甲醛树脂复合液；(2)将步骤(1)制得的硅酸盐粘土/三聚氰胺-甲醛树脂复合液在温度为80℃～100℃条件下烘干，然后在氮气气氛下置于温度为450℃～650℃条件下进行热解反应4～10小时，即制得硅酸盐粘土/氮化碳复合材料。作为优选，所述的甲醛溶液质量百分浓度为37％～40％。作为优选，所述的甲醛与三聚氰胺质量比为0.30～1:1，硅酸盐粘土质量与混合液中的甲醛和三聚氰胺总质量比值为0.1～0.3:1。进一步地，所述的碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氨水溶液中的一种，碱性溶液的质量百分浓度为10％～25％。进一步地，所述的酸性溶液为甲酸溶液、乙酸溶液或氯化铵溶液中的一种，酸性溶液的质量百分浓度为5～15％。本专利技术的有益效果：1、本专利技术以一维纳米结构的硅酸盐粘土为核体，通过“原位聚合-热解”法即首先在硅酸盐粘土表面原位聚合三聚氰胺-甲醛树脂，然后通过热解反应，制备硅酸盐粘土/氮化碳复合材料，其优势在于：充分利用了一维纳米结构的硅酸盐粘土的“骨架”作用，树脂中的碳、氮元素可以在其表面成核，原位生长成具有多级结构的氮化碳纳米片，从而有效地防止了氮化碳纳米片的团聚与折叠，提高了复合材料的比表面积。2、在制备硅酸盐粘土/氮化碳复合材料的热解反应过程中，硅酸盐粘土矿物中的晶格离子(如Fe、Mn等)可以对氮化碳进行有效掺杂，从而能够降低氮化碳材料的带隙，提高其光催化性能。附图说明图1为按实施例5制备的凹凸棒石/氮化碳复合材料的透射电镜(TEM)照片。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步的描述，但本专利技术所要保护的范围并不局限于实施例所涉及的范围：实施例11、将2.4千克凹凸棒石均匀分散到5.0千克质量百分浓度为37％的甲醛溶液中，一边搅拌一边用质量百分浓度为10％的氢氧化钠溶液调节体系pH值为8.5，然后加入6.2千克三聚氰胺得到混合分散液，将体系升温至80℃，继续搅拌保温反应60分钟，用质量百分浓度为5％的甲酸溶液调节体系pH值为5.8，继续恒温反应，当混合液滴入去离子水中呈现白色雾状且不易散开时，立即用质量百分浓度为10％的氢氧化钠溶液调节体系pH值为7.5，制得凹凸棒石/三聚氰胺-甲醛树脂复合液；2、将步骤1所制得的凹凸棒石/三聚氰胺-甲醛树脂复合液在温度为100℃条件下烘干，然后在氮气气氛下，置于温度为450℃条件下进行热解反应10小时，即制得凹凸棒石/氮化碳复合材料。实施例21、将1.2千克埃洛石均匀分散到15.0千克质量百分浓度为40％的甲醛溶液中，一边搅拌一边用质量百分浓度为25％的氢氧化钾溶液调节体系pH值为10.0，然后加入6.0千克三聚氰胺得到混合分散液，将体系升温至90℃，继续搅拌保温反应30分钟，用质量百分浓度为15％的氯化铵溶液调节体系pH值为4.0，继续恒温反应，当混合液滴入去离子水中呈现白色雾状且不易散开时，立即用质量百分浓度为25％的氢氧化钾溶液调节体系pH值为9.0，制得埃洛石/三聚氰胺-甲醛树脂复合液；2、将步骤1所制得的埃洛石/三聚氰胺-甲醛树脂复合液在温度为80℃条件下烘干，然后在氮气气氛下，置于温度为650℃条件下进行热解反应4小时，即制得埃洛石/氮化碳复合材料。实施例31、将1.5千克海泡石均匀分散到7.5千克质量百分浓度为38％的甲醛溶液中，一边搅拌一边用质量百分浓度为17.5％的氨水溶液调节体系pH值为9.5，然后加入4.8千克三聚氰胺得到混合分散液，将体系升温至85℃，继续搅拌保温反应45分钟，用质量百分浓度为10％的乙酸溶液调节体系pH值为5.0，继续恒温反应，当混合液滴入去离子水中呈现白色雾状且不易散开时，立即用质量百分浓度为17.5％的氨水溶液调节体系pH值为8.5，制得海泡石/三聚氰胺-甲醛树脂复合液；2、将步骤1所制得的海泡石/三聚氰胺-甲醛树脂复合液在温度为90℃条件下烘干，然后在氮气气氛下，置于温度为550℃条件下进行热解反应7小时，即制得海泡石/氮化碳复合材料。实施例41、将0.95千克埃洛石均匀分散到5.0千克质量百分浓度为39％的甲醛溶液中，一边搅拌一边用质量百分浓度为15％的氢氧化钾溶液调节体系pH值为9.0，然后加入4.3千克三聚氰胺得到混合分散液，将体系升温至83℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多级结构的硅酸盐粘土‑氮化碳复合材料，其特征在于：以一维纳米结构的硅酸盐粘土为核体，氮化碳负载在硅酸盐粘土表面形成多级结构的氮化碳纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种多级结构的硅酸盐粘土-氮化碳复合材料，其特征在于：以一维纳米结构的
硅酸盐粘土为核体，氮化碳负载在硅酸盐粘土表面形成多级结构的氮化碳纳米片。
2.根据权利要求1所述的多级结构的硅酸盐粘土-氮化碳复合材料，其特征在于：
所述的硅酸盐粘土为凹凸棒石、埃洛石或海泡石中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的硅酸盐粘土-氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于，
步骤如下：
(1)将硅酸盐粘土均匀分散到甲醛溶液中，搅拌下调节体系pH值为8.5～10.0，然
后加入三聚氰胺得到混合分散液，将体系升温至80～90℃，继续搅拌保温反应30～60分
钟；用酸性溶液调节体系pH值为4.0～5.8，继续恒温反应，当混合液滴入去离子随中呈
现白色雾状且不易散开时，立即用碱性溶液调节体系pH值为7.5～9.0，制得硅酸盐粘土/
三聚氰胺-甲醛树脂复合液；
(2)将步骤(1)制得的硅酸盐粘土/三聚氰胺-甲醛树脂复合液在温度为80℃～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：左士祥，李俊乾，姚超，刘文杰，罗士平，李霞章，魏科年，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32