本发明专利技术提供了一种光催化剂Co3O4-CNI及其制备方法和应用，所述光催化剂用含氮有机物与碘化铵作为原料，通过水热法能够制得碘掺杂的石墨相氮化碳(简写为CNI)，再用制得的CNI与含钴化合物通过水热法进行反应，任选地进行冷却和粉碎后能够制得光催化剂Co3O4-CNI，制得的光催化剂在可见光存在的条件下能够对有机染料，特别是偶氮类有机染料具有良好的光催化降解作用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光催化领域，特别涉及一种可见光催化剂或催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
石墨相氮化碳(g_C3N4)以其光催化活性较高、稳定性好、原料价格便宜、尤其是不含金属这一突出优点，使它成为一种新型的光催化材料，然而，单一相催化剂通常因量子效率低而使其光催化性能表现不够理想。因为g_C3N4材料光生电子一空穴复合率较高，导致其催化效率较低，从而限制了它在光催化方面的应用。为了提高g_C3N4的催化活性，最近几年来，人们研究了很多改性方法。对g_C 3N4进行改性的非金属元素包括S、N、B、F、P等，一般认为这些非金属元素取代了 3-s-三嗪结构单元中的C、N、H元素，从而形成g_C3N4晶格缺陷使得光生电子一空穴对得到有效分离，有效提尚其光催化性能。为了提高g_C3N4的催化活性，最近几年来，人们研究了很多改性方法。一种为用非金属元素对g_C3N4进行改性，所述的非金属元素包括S、N、B、F、P等，一般认为这些非金属元素取代了 3-s-三嗪结构单元中的C、N、H元素，从而形成g-C3N4晶格缺陷使得光生电子一空穴对得到有效分离，有效提高其光催化性能。如将双氰胺与BmimPF6(离子液体)混合，经过高温煅烧后得到P掺杂g_C3N4催化剂，经XPS分析表明P元素取代了结构单元中C，少量P掺杂虽然不能改变g_C3N4的结构，但是，其明显改变了 g_C3N4的电子结构，光生电流也明显高于无掺杂的g_C3N4。再如，在采用加热分解三聚氰胺与氧化硼的混合物制备B掺杂g-C3N4，经过XPS光谱分析表明B取代了 g_C3N4结构中的H，光催化降解染料研究表明B掺杂同时提高了催化剂对光的吸收，因此，罗丹明B光催化降解效率也得到提高。再如，将g-C3N4在H2S气氛里于450 °C煅烧制备了具有独特电子结构S元素掺杂g_C3N4的CNS催化剂，XPS分析显示S取代了 g_C3N4结构中N，当λ > 300及420nm时，S掺杂g_C 3N4光催化分解水产氢催化效率分别比单一相g-C3N4提高7.2和8.0倍。再如，用NH 4F作为F源与DCDA制得F元素掺杂g_C3N4催化剂(CNF)，F元素掺入g-C 3N4的骨架中，形成了 C-F键，使其中一部分sp2C转化为sp3C，从而导致g_C3N4平面结构不规整；另外，随着F元素掺杂数量增多，CNF在可见光区域内的吸收范围也随之扩大，而其对应的带隙能由2.69eV降到2.63eV。再如，用BH3NH3作为硼源制备B元素掺杂的g-C 3N4催化剂(CNB)，B元素的掺入，取代了 g_C 3N4结构单元中的C元素。再如，采用四苯硼钠作为B源，在掺入B的同时，又因苯离去基团的作用使得g_C3N4形成薄层结构，其层的厚度为2?5nm，降低了光生电子到达催化剂表面所需要消耗的能量，因此提高了光催化效率。然而，上述制备方法不仅操作复杂，原料成本高，而且，制得的改性催化剂其光催化效率增加程度有限，不能满足工业要求。因此，亟需开发一种具有高催化效率，且制备方法简单，使用简便的光催化剂。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，结果发现:用含氮有机物与碘化铵作为原料，通过水热法能够制得碘掺杂的石墨相氮化碳(简写为CNI)，再用制得的CNI与含钴化合物通过水热法进行反应，任选地进行冷却和粉碎后能够制得光催化剂Co3O4-CNI,制得的光催化剂在可见光存在的条件下能够对有机染料，特别是偶氮类有机染料具有良好的光催化降解作用，从而完成了本专利技术。本专利技术的目的在于提供以下方面:第一方面，本专利技术提供一种制备光催化剂Co3O4-CNI的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:(I)将含氮有机物与碘化铵混合，混合后进行煅烧，任选地进行冷却和粉碎，制得CNI粉末；(2)称取步骤I中制得的CNI粉末与含钴化合物进行混合，混合后进行煅烧，任选地进行冷却和粉碎，制得光催化剂Co3O4-CNK第二方面，本专利技术还提供根据上述第一方面所述方法制得的光催化剂，其特征在于，所述光催化剂是一种组合物，其中，CNI与四氧化三钴的重量比为1: (20?150)，优选为 1: (25 ?140)，更优选为 1: (30 ?120)，如 1:40、1:50、1:60、1:70、1:80、1:90、1:100 ;和/或根据其红外光谱，在波数为1238cm \ 1244cm \ 1632cm \ 1638cm \ 1646cm \3420cm \ 3412cm 1附近存在吸收峰；和/或根据其光致发光光谱，在波长为425?600nm范围内存在强又宽的吸收峰。第三方面，本专利技术还提供上述第二方面所述的光催化剂或光催化剂组合物在治理有机染料污水，特别是含有偶氮类有机染料的污水方面的应用。【附图说明】图1示出样品的红外光谱测定结果；图2示出样品的光致发光光谱测定结果；图3a示出实施例3制得样品在可见光照射下催化降解甲基橙的紫外-可见光谱测定结果；图3b示出对比例I制得样品在可见光照射下催化降解甲基橙的紫外-可见光谱测定结果；图4示出样品的可见光催化活性测定结果；图5示出样品清除剂对样品催化活性的影响结果。【具体实施方式】下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。以下详述本专利技术。根据本专利技术的第一方面，提供一种制备光催化剂Co3O4-CNI的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:步骤I，将含氮有机物与碘化铵混合，混合后进行煅烧，任选地进行冷却和粉碎，制得CNI粉末。在本专利技术步骤I中，所述含氮有机物是指同时含有氮元素及碳元素的小分子有机物，特别是指在加热条件下能够分解的含氮小分子有机物，其在制备石墨相氮化碳中既作为氮源物质又作为碳源物质。本专利技术人发现，使用碳氮比为1:3?3:1的小分子量的含氮有机物作为原料，优选使用碳氮比为1:2的小分子量含氮有机物作为原料，如单氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素、盐酸胍等，优选为二氰二胺。本专利技术人经过大量研究发现，二氰二胺在加热条件下能够分解，在焙烧条件下容易生成g_C3N4，此外，二氰二胺价格便宜，容易获得，其在生成g_C3N4后其它副产物少，即产物g_C3N4中杂质少，有利于提高终产物异质结光催化剂的纯度，而且由二氰二胺制得的g_C3N4形貌均一，层状结构明显，因此，本专利技术优选使用二氰二胺来制备g-C 3N4。在本专利技术中，所述含碘化合物选自在加热条件下易于分解的含碘化合物，优选自碘化铵和/或碘仿等，更优选为碘化铵。本专利技术人发现，碘化铵的分解温度低，取用方便，分解后得到的产物易于处理，环境污染小，因此，本专利技术中所述含碘化合物优选为碘化铵。在本专利技术中，所述含氮有机物与含碘化合物的重量比为(0.5?5):1，优选为(I?4): 1，更优选为(1.5?3): 1，如2:1。当含氮有机物与含碘化合物的重量比大于5:1时，含氮有机物加入量过大，导致制得的CNI产物中碘元素含量过少，从而碘原子在g_C3N4中的占位不足，进行降低最终制得的光催化剂的催化活性；当含氮有机物与含碘化合物的重量比小于0.5:1时，含氮有机物的加入量过小，即，含碘化合物的加入量过大，导致碘原子严重妨碍了光生载流子在不同能级之间的传递和分离，从而也降低了最终产物的光催本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备光催化剂Co3O4‑CNI的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将含氮有机物与碘化铵混合，混合后进行煅烧，任选地进行冷却和粉碎，制得CNI粉末；(2)称取步骤1中制得的CNI粉末与含钴化合物进行混合，混合后进行煅烧，任选地进行冷却和粉碎，制得光催化剂Co3O4‑CNI。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：崔玉民，李慧泉，苗慧，师瑞娟，
申请(专利权)人：阜阳师范学院，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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