一种硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合材料的制备方法技术

本发明专利技术属于无机复合材料光催化技术领域，特别涉及一种硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合光催化剂的制备方法。首先以一维硅酸盐粘土为载体，在其表面均匀负载氢氧化铜粒子，制得硅酸盐粘土/氢氧化铜复合物；然后将所得的复合物与富含碳氮源的原料混合后煅烧，制得硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合材料，有效提高了复合材料的比表面积和光催化性能。

【技术实现步骤摘要】
一种硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合材料的制备方法
本专利技术属于无机复合材料光催化
，特别涉及一种硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合光催化剂的制备方法。
技术介绍
石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种新型可见光响应的非金属光催化材料，具有制备工艺简便、稳定性好、耐酸碱和便于改性等优点而被广泛用于光催化领域。然而，g-C3N4材料仍存在一些弊端，如比表面积小，光生电子和空穴对复合率高，量子效率低，从而致使g-C3N4的光催化性能不理想。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合材料的制备方法，制备方案为：首先以一维硅酸盐粘土为载体，在其表面均匀负载氢氧化铜粒子，制得硅酸盐粘土/氢氧化铜复合物；然后将所得的复合物与富含碳氮源的原料混合后煅烧，制得硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合材料。上述制备工艺的具体步骤为：(1)将硅酸盐粘土分散于去离子水中得到分散液，在搅拌的同时，将可溶性铜盐溶液和碱性溶液同时滴加到分散液中进行反应，反应温度维持在0～10℃，体系pH值保持在7.5～9.5，滴加反应完后，过滤，洗涤至滤液的电导率小于200μS/cm，即制得硅酸盐粘土/氢氧化铜复合滤饼，其中，硅酸盐粘土为一维纳米结构的天然硅酸盐粘土，如凹凸棒石、海泡石或埃洛石，硅酸盐粘土与去离子水质量之比为0.02～0.15:1，可溶性铜盐为硫酸铜(CuSO4·5H2O)、氯化铜(CuCl2·2H2O)、硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)或醋酸铜(Cu(CH3COO)2·H2O)，可溶性铜盐溶液的浓度为0.3～2.0mol/L，碱性溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，碱性溶液的浓度为0.5～1.0mol/L，可溶性铜盐溶液和碱性溶液的用量以生成的氢氧化铜的质量计算：氢氧化铜与硅酸盐粘土质量之比为0.1～0.5:1；(2)将步骤(1)中所得的复合滤饼与富含碳氮源的原料混合均匀，然后将所得混合物置于密闭容器中，在温度为520℃～570℃的条件下煅烧4～7小时，即制得硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合材料，其中，富含碳氮源的原料为尿素、双氰胺或三聚氰胺，富含碳氮源的原料与硅酸盐粘土/氢氧化铜复合滤饼质量之比为1～4:1。本专利技术的有益效果在于：以天然一维纳米硅酸盐粘土为载体制备硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合光催化剂，可以有效地防止0维的氧化铜粒子和2维氮化碳片的团聚，提高了复合材料的比表面积；可以充分利用含碳氮源的原料热解过程中产生的还原性气体，在高温下将凹凸棒石表面的氢氧化铜还原成铜单质，同时在凹凸棒石/铜复合物表面生成氮化碳，具有工艺简单、成本低廉的优点；本专利技术所制得的硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合材料组分中，铜单质具有优良的导电性能，为载流子的转移和跃迁提供了通道，进一步加速光生电子-空穴对的快速分离；从而有效提高了复合材料的光催化性能。具体实施方式实施例11、将0.10千克凹凸棒石分散于5千克去离子水中，在搅拌的同时，将1.7升浓度为0.3摩尔/升的氯化铜溶液和2.0升浓度为0.5摩尔/升的氢氧化钠溶液同时滴加到分散液中进行反应，反应温度维持为0℃，体系pH值保持为9.5，反应滴加完后，过滤，洗涤至滤液的电导率为200μS/cm，即制得凹凸棒石/氢氧化铜复合滤饼；2、将步骤1所得的复合滤饼与0.6千克尿素混合均匀，然后将所得混合物置于密闭容器中，在温度为570℃的条件下煅烧4小时，即制得凹凸棒石/铜/氮化碳复合材料。实施例21、将0.75千克海泡石分散于5千克去离子水中，在搅拌的同时，将0.38升浓度为2.0摩尔/升的硫酸铜溶液和1.54升浓度为1.0摩尔/升的氢氧化钾溶液同时滴加到分散液中进行反应，反应温度维持为10℃，体系pH值保持为7.5，反应滴加完后，过滤，洗涤至滤液的电导率为150μS/cm，即制得海泡石/氢氧化铜复合滤饼；2、将步骤1所得的复合滤饼与0.76千克双氰胺混合均匀，然后将所得混合物置于密闭容器中，在温度为520℃的条件下煅烧7小时，即制得海泡石/铜/氮化碳复合材料。实施例31、将0.40千克埃洛石分散于5千克去离子水中，在搅拌的同时，将0.82升浓度为1.5摩尔/升的硝酸铜溶液和3.1升浓度为0.8摩尔/升的氢氧化钾溶液同时滴加到分散液中进行反应，反应温度维持为7℃，体系pH值保持为8.5，反应滴加完后，过滤，洗涤至滤液的电导率为180μS/cm，即制得埃洛石/氢氧化铜复合滤饼；2、将步骤1所得的复合滤饼与1.04千克双氰胺混合均匀，然后将所得混合物置于密闭容器中，在温度为545℃的条件下煅烧6小时，即制得埃洛石/铜/氮化碳复合材料。实施例41、将0.50千克凹凸棒石分散于5千克去离子水中，在搅拌的同时，将1.28升浓度为1.0摩尔/升的硝酸铜溶液和3.4升浓度为0.75摩尔/升的氢氧化钠溶液同时滴加到分散液中进行反应，反应温度维持为5℃，体系pH值保持为9.0，反应滴加完后，过滤，洗涤至滤液的电导率为120μS/cm，即制得凹凸棒石/氢氧化铜复合滤饼；2、将步骤1所得的复合滤饼与1.87千克三聚氰胺混合均匀，然后将所得混合物置于密闭容器中，在温度为550℃的条件下煅烧5小时，即制得凹凸棒石/铜/氮化碳复合材料。比较例1在比较例1中，去掉实施例4中的凹凸棒石负载氢氧化铜工序，具体步骤如下：将0.50千克凹凸棒石与1.87千克三聚氰胺混合均匀，一边搅拌，一边滴加去离子水至混合物呈现糊状物时，将其置于密闭容器中，在温度为550℃的条件下煅烧5小时，即制得凹凸棒石/氮化碳复合材料。比较例2在比较例2中，去掉实施例4中的凹凸棒石载体工序，具体步骤如下：1、一边搅拌，一边将1.28升浓度为1.0摩尔/升的硝酸铜溶液和3.4升浓度为0.75摩尔/升的氢氧化钠溶液同时滴加到5千克去离子水中进行反应，反应温度维持为5℃，体系pH值保持为9.0，反应滴加完后，过滤，洗涤至滤液的电导率为120μS/cm，即制得氢氧化铜滤饼；2、将步骤1所得的复合滤饼与1.87千克三聚氰胺混合均匀，然后将所得混合物置于密闭容器中，在温度为550℃的条件下煅烧5小时，即制得铜/氮化碳复合材料。光催化性能评价向XPA光化学反应仪(南京胥江机电厂)中加入0.5克上述各实施例、比较例制备的复合材料产物光催化剂，再加入500毫升质量浓度为0.05g·L-1的亚甲基蓝水溶液，搅拌30分钟后，开启汞灯(功率500瓦)，每隔10分钟抽样15毫升，离心分离，取上层清液进行测试。通过分光光度计在其最大吸收波长(664nm)下测定溶液的吸光度，降解率按下式计算：η为降解率(％)；A0，At分别为降解前、降解t时间后的溶液吸光度；C0、Ct分别为降解前、降解t时间后的溶液浓度。实施例和比较例所得产品的光催化实验数据如下表1所示。表1实施例和比较例所得产物的光催化性能比较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法为，首先以一维硅酸盐粘土为载体，在其表面均匀负载氢氧化铜粒子，制得硅酸盐粘土/氢氧化铜复合物；然后将所得的复合物与富含碳氮源的原料混合后煅烧，制得硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法为，首先以一维硅酸盐粘土为载体，在其表面均匀负载氢氧化铜粒子，制得硅酸盐粘土/氢氧化铜复合物；然后将所得的复合物与富含碳氮源的原料混合后煅烧，制得硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合材料，所述制备方法的具体步骤为，(1)将硅酸盐粘土分散于去离子水中得到分散液，在搅拌的同时，将可溶性铜盐溶液和碱性溶液同时滴加到所述分散液中进行反应，反应温度维持在0～10℃，体系pH值保持在7.5～9.5，滴加反应完后，过滤，洗涤至滤液的电导率小于200μS/cm，即制得硅酸盐粘土/氢氧化铜复合滤饼，可溶性铜盐溶液和碱性溶液的用量以生成的氢氧化铜的质量计算，氢氧化铜与硅酸盐粘土质量之比为0.1～0.5:1；(2)将步骤(1)中所得的复合滤饼与富含碳氮源的原料混合均匀，然后将所得混合物置于密闭容器中，在温度为520℃～570℃的条件下煅烧4～7小时，即制得硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合材料，所述的富...

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