一种三维多孔复合光催化剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术属于环境保护材料制备技术领域，特指一种三维多孔复合光催化剂的制备及应用。首先利用煅烧的方法，制备出初始g‑C3N4，在通过与NaHCO3混合煅烧制备出三维多孔g‑C3N4前驱体，然后再通过沉淀法制备AgBr/g‑C3N4中间体，最后通过水热法制备三维多孔rGO/AgBr/g‑C3N4复合光催化剂用于降解四环素和2,4‑二氯苯酚；本发明专利技术通过简单的制备方法和简便的操作流程制备出高效的三维多孔rGO/AgBr/g‑C3N4复合光催化剂，并且其使用不会造成资源浪费与二次污染的形成，是一种绿色环保高效污染处理光催化剂。

Preparation and application of a three dimensional porous composite photocatalyst

The invention belongs to the technical field of preparing environmental protection materials, in particular to the preparation and application of a three-dimensional porous composite photocatalyst. Initial g_C3N4 was prepared by calcination method. Three-dimensional porous g_C3N4 precursor was prepared by calcination with NaHCO3. AgBr/g_C3N4 intermediate was prepared by precipitation method. Finally, three-dimensional porous rGO/AgBr/g_C3N4 composite photocatalyst was prepared by hydrothermal method for the degradation of tetracycline and 2,4_dichlorophenol. The present invention can prepare three-dimensional porous rGO/AgBr/g_C3N4 composite photocatalyst by simple preparation method and simple operation process, and the use of the composite photocatalyst will not cause waste of resources and the formation of secondary pollution. It is a green environmental protection and high-efficiency photocatalyst for pollution treatment.

【技术实现步骤摘要】
一种三维多孔复合光催化剂的制备方法及应用
本专利技术属于环境保护材料制备
，特指一种三维多孔复合光催化剂的制备方法及应用。首先将尿素煅烧得到初始的g-C3N4，再用g-C3N4与NaHCO3以一定的比例研磨充分后煅烧即可得到三维多孔的g-C3N4，然后利用沉淀法将AgBr负载于三维多孔g-C3N4内外表面，最后将rGO和AgBr/g-C3N4超声分散均匀，利用水热反应合成三维多孔rGO/AgBr/g-C3N4复合光催化剂。
技术介绍
抗生素是由微生物(包括细菌、真菌、放线菌等)或高等动植物在生活生产过程中所产生的具有抗病原体或其他活性的一类次级代谢产物，具有干扰其他细胞发育功能的化学物质。而四环素类抗生素是目前世界上应用最为广泛的抗生素之一，同时也属于药物及个人护理用品(pharmaceuticalsandpersonalcareproducts，PPCPs)这一新兴污染物范畴中的一种，在水体、土壤等环境介质中有大量残留，对人体健康存在较大的威胁与隐患，因此消除四环素类抗生素在环境中的污染已成为生态环境治理中极为迫切的问题。同样，酚类及其化合物被广泛应用于石油化工、煤化工、农业等领域，伴随着产品所带来的环境问题更加严重，以2,4-二氯苯酚为例，常被应用于杀虫剂、木材防腐剂、除草剂等领域，但是，2,4-二氯苯酚具有高稳定性，强刺激性，易挥发性等特点，会对大气，生态，以及人体造成不可估量的危害。因此，消除2,4-二氯苯酚在环境中的污染也是目前科研工作者迫切解决的问题。半导体光催化技术作为一种新型的高效，绿色，环保的水污染控制技术，而半导体光催化剂具有室温深度反应和可以直接利用太阳能驱动反应等独特性能在能源环境领域发挥着日益重要的作用，因此科研工作者正在探索新型高效的半导体光催化剂。g-C3N4作为一种非金属光催化剂，以其较高的热稳定性和化学稳定性，适宜的能带间隙和简便的制备方法受到众多光催化研究者的青睐，但是煅烧手段得到的g-C3N4存在很多缺点，例如形貌不均匀、比表面积小等，本专利技术通过制备三维多孔g-C3N4来增大g-C3N4的比表面积，但单方面的增加g-C3N4的比表面积还不够完善，因此需要掺杂以及负载载体材料等措施弥补其不足。由于感光剂AgBr带隙较小，能够与g-C3N4形成异质结，减小g-C3N4的带隙宽度，这样不仅能够提高g-C3N4的可见光吸收范围，而且还能增加最低未占据轨道和最高已占据轨道的扭曲程度，从而促进光生电子-空穴对的分离和转移。又因为光催化性能的优良，在很大程度上取决于催化剂表面和电子的传输，所以，负载功能性载体材料，可以有效的提高催化剂整体的性能。而氧化石墨烯具有良好的导电性、延展性、大的比表面积等优良性能，不仅有助于主体催化剂的分散，而且能够加快电子传输速率。由于当今生态污染严重，因此专利技术了三维多孔rGO/AgBr/g-C3N4复合光催化剂用以处理生态环境污染问题。
技术实现思路
本专利技术利用煅烧的方法，先制备出初始g-C3N4，在通过与NaHCO3混合煅烧制备出三维多孔g-C3N4前驱体，然后再通过沉淀法制备AgBr/g-C3N4中间体，最后通过水热法制备三维多孔rGOg/AgBr/g-C3N4复合光催化剂。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种三维多孔rGO/AgBr/g-C3N4复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)三维多孔g-C3N4前驱体的制备：将尿素研磨后在马弗炉中进行高温煅烧得到初始的g-C3N4，然后与一定比例的NaHCO3一起研磨至粉末并混合均匀，然后在管式炉中进行煅烧即得三维多孔g-C3N4前驱体。(2)三维多孔AgBr/g-C3N4中间体的制备：将三维多孔g-C3N4前驱体在乙醇中超声溶解，然后在避光条件下加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)进行磁力搅拌，最后再加入AgNO3进行充分搅拌，将所得固体沉淀过滤、洗涤、真空干燥、研磨，即得三维多孔AgBr/g-C3N4中间体。(3)三维多孔rGO/AgBr/g-C3N4复合光催化剂的制备：将步骤(2)所得三维多孔AgBr/g-C3N4中间体溶于去离子水并与氧化石墨烯进行混合超声溶解，然后在高压水热釜中煅烧，冷却后在冷冻干燥机中进行冻干，研磨即得三维多孔rGO/AgBr/g-C3N4复合光催化剂。进一步，步骤(1)中，所述NaHCO3与初始g-C3N4质量比为3～6:1。步骤(2)中，所述AgBr和三维多孔g-C3N4前驱体的摩尔比为1.84～3.68:1，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与三维多孔g-C3N4前驱体的摩尔比为1.84～3.68:1。进一步，步骤(3)中，所述氧化石墨烯与所述三维多孔AgBr/g-C3N4中间体的质量比为0.01～0.09:1。在上述方案中，步骤(1)中，所述马弗炉煅烧的温度为500℃，煅烧时间为4h，管式炉煅烧的温度为350℃，煅烧时间为1h；步骤(3)中，所述煅烧的温度为180℃，煅烧时间为6h。在上述方案中，所述三维多孔rGO/AgBr/g-C3N4复合光催化剂中g-C3N4所占质量百分比为13.39～29.29％。本专利技术还包括通过所述三维多孔rGO/AgBr/g-C3N4复合光催化剂的制备方法得到的三维多孔rGO/AgBr/g-C3N4复合光催化剂，其特征在于，所述三维多孔rGO/AgBr/g-C3N4的形貌为三维多孔、网状包覆的球形结构。本专利技术还包括将三维多孔rGO/AgBr/g-C3N4复合光催化剂用于降解抗生素废水中的四环素和氯酚废水中降解2,4-二氯苯酚。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术利用三维多孔rGO/AgBr/g-C3N4复合材料较高的可见光响应能力，通过氧化石墨烯(rGO)这一导电能力强，相对比表面积较大的优质矿物载体，更大程度提高了这种三维多孔rGO/AgBr/g-C3N4光催化降解污染物的效率。(2)制备的三维多孔g-C3N4作为AgBr的载体，氧化石墨烯包覆在三维多孔AgBr/g-C3N4表面，更大程度地增加了复合光催化剂的比表面积，使其能与水体污染物充分接触。(3)本专利技术通过简单便捷的煅烧、沉淀法和水热法即可制备出三维多孔rGO/AgBr/g-C3N4复合光催化剂，并且通过与氧化石墨烯这一矿物载体进行负载，制成了一种高效、绿色的光催化剂。(4)本专利技术以半导体材料作为光催化剂，在可见光下激发，通过与污染物分子的界面相互作用效应实现特殊的催化或转化，使周围的氧气及水分子激发成极具氧化力的超氧自由基、羟基自由基等具有强氧化性的物质，从而达到降解环境中有害有机物质的目的，该方法不会造成资源浪费与二次污染的形成，且操作简便，是一种绿色环保高效污染处理技术。附图说明图1为本专利技术所述三维多孔rGO/AgBr/g-C3N4复合光催化剂的UV-vis图。包裹AgBr纳米颗粒的rGO的掺入导致在所研究的整个波长范围内紫外-可见光吸收增加，这是引入rGO和AgBr纳米颗粒使电子的相互作用和电荷平衡已经改变。当rGO被引入到复合材料中时，由于rGO的强可见光吸收，与AgBr/g-C3N4相比，rGO/AgBr/g-C3N4在可见光区域的光吸收明显增强。图2为本专利技术所述三维多孔rGO/AgBr/g-C3N4复合光催化剂的XRD图。图中显示了氧化石墨烯，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维多孔复合光催化剂的制备方法，所述三维多孔rGO/AgBr/g‑C3N4的形貌为三维多孔、网状包覆的球形结构，其特征在于，具体步骤如下：(1)三维多孔g‑C3N4前驱体的制备：将尿素研磨后在马弗炉中进行高温煅烧得到初始的g‑C3N4，然后与一定比例的NaHCO3一起研磨至粉末并混合均匀，然后在管式炉中进行煅烧即得三维多孔g‑C3N4前驱体；(2)三维多孔AgBr/g‑C3N4中间体的制备：将三维多孔g‑C3N4前驱体在乙醇中超声溶解，然后在避光条件下加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)进行磁力搅拌，最后再加入AgNO3进行充分搅拌，将所得固体沉淀过滤、洗涤、真空干燥、研磨，即得三维多孔AgBr/g‑C3N4中间体；(3)三维多孔rGO/AgBr/g‑C3N4复合光催化剂的制备：将步骤(2)所得三维多孔AgBr/g‑C3N4中间体溶于去离子水并与氧化石墨烯进行混合超声溶解，然后在高压水热釜中煅烧，冷却后在冷冻干燥机中进行冻干，研磨即得三维多孔rGO/AgBr/g‑C3N4复合光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种三维多孔复合光催化剂的制备方法，所述三维多孔rGO/AgBr/g-C3N4的形貌为三维多孔、网状包覆的球形结构，其特征在于，具体步骤如下：(1)三维多孔g-C3N4前驱体的制备：将尿素研磨后在马弗炉中进行高温煅烧得到初始的g-C3N4，然后与一定比例的NaHCO3一起研磨至粉末并混合均匀，然后在管式炉中进行煅烧即得三维多孔g-C3N4前驱体；(2)三维多孔AgBr/g-C3N4中间体的制备：将三维多孔g-C3N4前驱体在乙醇中超声溶解，然后在避光条件下加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)进行磁力搅拌，最后再加入AgNO3进行充分搅拌，将所得固体沉淀过滤、洗涤、真空干燥、研磨，即得三维多孔AgBr/g-C3N4中间体；(3)三维多孔rGO/AgBr/g-C3N4复合光催化剂的制备：将步骤(2)所得三维多孔AgBr/g-C3N4中间体溶于去离子水并与氧化石墨烯进行混合超声溶解，然后在高压水热釜中煅烧，冷却后在冷冻干燥机中进行冻干，研磨即得三维多孔rGO/AgBr/g-C3N4复合光催化剂。2.如权利要求1所述的一种三维多孔复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述NaHCO3与初始g-C3N4质量比为3～6:1。3.如权利要求1所述的一种三维多孔复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述AgBr和三维多孔g-C3N4前驱体的摩尔比为1.84～3.68:1；十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与...

【专利技术属性】
技术研发人员：周亚举，刘重阳，李金择，张玮玮，关静茹，霍鹏伟，王会琴，闫永胜，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32