一种硫掺杂氮化碳光催化剂及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种硫掺杂氮化碳光催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1将硫脲于500～650℃中煅烧，保温时间为2～6小时，得到硫掺杂石墨相氮化碳；S2将S1得到的硫掺杂石墨相氮化碳研磨成粉，于400～550℃再次煅烧，保温1～4小时。本发明专利技术还公开了上述硫掺杂氮化碳光催化剂的制备方法得到的硫掺杂氮化碳光催化剂及其应用。本发明专利技术制备得到的硫掺杂氮化碳光催化剂具有更大的比表面积，更优越的光催化活性，制备方法步骤操作简单，催化剂活性高，稳定性好。

Sulfur doped carbon nitride photocatalyst and preparation method and application thereof

The invention discloses a preparation method of sulfur doped carbon nitride photocatalyst, which comprises the following steps: S1 will be 500 to 650 DEG C in thiourea in calcination, the holding time is 2 ~ 6 hours, get the sulfur doped graphitic carbon nitride; S2 sulfur doped graphite S1 obtained carbon nitride grinding into powder, in 400 to 550 DEG C again calcination, insulation 1 ~ 4 hours. The invention also discloses the preparation method of the sulfur doped carbon nitride photocatalyst, and the sulfur doped carbon nitride photocatalyst and the application thereof. The sulfur doped carbon nitride photocatalyst prepared by the invention has larger specific surface area and better photocatalytic activity, and the preparation method has simple steps, simple operation, high catalytic activity and good stability.

【技术实现步骤摘要】
一种硫掺杂氮化碳光催化剂及其制备方法、应用
本专利技术涉及光催化剂领域，特别涉及一种硫掺杂氮化碳光催化剂及其制备方法、应用。
技术介绍
随着能源危机日益加重，新型能源的开发引起了世界范围内的重视，其中如何高效利用太阳能一直是人们研究的热点。在过去几十年中，不同种类的光催化剂得到人们的广泛使用，如金属氧化物、硫化物和氮化物(TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2、WO3、CdS)等，其中TiO2以其活性高、热稳定性好、持续性长、价格便宜、对人体无害等特征倍受人们青睐。由于TiO2对很多有机污染物的光催化氧化活性高，因此它在环境污染治理方面也扮演着极其重要的角色，被广泛用于光催化处理多种有机物。但由于TiO2的光生电子和空穴容易发生复合，光催化效率低，带隙较宽(约3.2eV)，只能在紫外区显示光化学活性，对太阳能的利用率不到5％。因此，如何提高太阳光的利用率成为近年的研究热点，除了改进技术提高原有的光催化剂性能之外，一些新型光催化剂也广受关注。近些年，石墨化氮化碳(g-C3N4)由于其类碳结构及良好的光催化性能而引起人们的广泛关注。g-C3N4是一种有机半导体材料，禁带宽度约2.7eV，具有合适的导带价带位置，从骨架的拓扑结构可看出，理想的g-C3N4应是N连接的C3N3芳香环，类似石墨烯，形成二维共轭的平面结构，从XRD、SEM、TEM中可验证此种结构。其独特的结构和高的聚合程度使其具有较高的热稳定性和化学稳定性(酸、碱、有机溶剂)以及良好的电子结构。目前制备g-C3N4光催化剂的方法主要采用的是高温煅烧热缩聚法，即将前驱体加热至500～600℃，发生缩聚反应得到产物。此方法得到的g-C3N4比表面积小，对光的吸收降低，因此光催化性能往往不理想。
技术实现思路
为了克服氮化碳在现有技术上存在的比表面积小，可见光利用率较低等不足，本专利技术的目的在于提供一种高比表面积硫掺杂氮化碳光催化剂的制备方法，制备得到的硫掺杂氮化碳光催化剂具有更大的比表面积，更强光吸收及更优越的光催化活性。本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法得到的硫掺杂氮化碳光催化剂。本专利技术的再一目的在于提供上述硫掺杂氮化碳光催化剂的应用。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种硫掺杂氮化碳光催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1将硫脲于500～650℃中煅烧，保温时间为2～6小时，得到硫掺杂石墨相氮化碳；S2将S1得到的硫掺杂石墨相氮化碳研磨成粉，于400～550℃再次煅烧，保温1～4小时。步骤S1所述的煅烧，升温速率为1～5℃/min。步骤S2所述的煅烧，升温速率为2～10℃/min。步骤S1所述的煅烧，具体为：将硫脲盛于坩埚中加盖，置于马弗炉中，于500～600℃煅烧，保温时间为3～5小时，升温速率为2～4℃/min。步骤S2所述的煅烧，具体为：将硫脲盛于坩埚中不加盖，并铺展开，于450～550℃煅烧，升温速率为4～7℃/min。所述硫掺杂氮化碳光催化剂的制备方法制备得到的硫掺杂氮化碳光催化剂。所述的硫掺杂氮化碳光催化剂的应用，用于对苯胺溶液进行光降解。本专利技术的原理为：本专利技术首先将硫脲通过高温煅烧缩聚形成硫掺杂氮化碳，冷却后再次煅烧，利用空气中的氧气使其剥离氧化而制备得到高比表面积、高催化活性的硫掺杂氮化碳。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：(1)本专利技术制备得到的掺杂氮化碳光催化剂，具有更大的比表面积(191.2m2/g)，可提供更多的反应位点，使其在可见光的照射下对有机污染物具有较强的光催化降解能力。(2)本专利技术制备得到的硫掺杂氮化碳光催化剂，对太阳光具有更强的光吸收。(3)本专利技术的制备方法，步骤操作简单，催化剂活性高。(4)本专利技术制备得到的掺杂氮化碳光催化剂，用于光催化降解苯胺溶液，在1小时内可完全降解苯胺。附图说明图1是本专利技术的实施例1制得的CN-T-2的C元素的XPS光谱图。图2是本专利技术的实施例1制得的CN-T-2的O元素的XPS光谱图。图3是本专利技术的实施例1制得的CN-T-2的N元素的XPS光谱图。图4是本专利技术的实施例1制得的CN-T-2的S元素的XPS光谱图。图5是本专利技术的实施例1制备的CN-T-1、CN-T-2及CN-D-1、CN-D-2的DRS图。图6是本专利技术的实施例1制备的CN-T-1、CN-T-2的XRD图。图7本专利技术的各实施例中制备得到的光催化剂对苯胺溶液进行光降解的降解效果对比图。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1将10g硫脲置于坩埚中加盖，在马弗炉中煅烧，煅烧温度为550℃，保温时间为4小时，升温速率为2.3℃/min；自然冷却后研磨成粉，得到硫掺杂石墨相氮化碳(CN-T-1)，称取1.2g盛于坩埚中不加盖，并铺展开，再次煅烧，煅烧温度为500℃，保温时间为2小时，升温速率为5℃/min。自然冷却后得到高比表面积改性氮化碳光催化剂(CN-T-2)，产率约为12％。将实施例1中制备得到的光催化剂进行XPS、DRS、XRD等表征，结果如图1～7所示。结论：图1～4所示分别是CN-T-2的C、O、N、S的XPS图，从图中看到C、O、N的成分及价态与氮化碳一致，另外还检测到S元素的存在。图5所示分别是CN-T-1、CN-T-2的DRS对比图，从图中可以看出CN-T-2相对CN-T-1发生了蓝移，说明了煅烧使得CN-T-2具有更多的微观片层及更细的微观尺寸，而相比使用二氢二胺制备的不含硫元素的氮化碳(一次煅烧CN-D-1及再次煅烧CN-D-2)，含S元素的氮化碳CN-T-1、CN-T-2则有相对较强的吸光度，证明了S元素的加入可以调整氮化碳的禁带宽度，增强对可将光的吸收。图6所示分别是CN-T-1、CN-T-2的XRD对比图。从图中可以看出，两种物质的出峰情况较好，没有杂峰出现。CN-T-2在27°及13°附近的峰相比CN-T-1都有所减弱，说明煅烧使得CN-T-2结晶度有所降低，形成更多微观片层结构；同时CN-T-2在27°左右的峰位置相对CN-T-1有所偏移，说明煅烧后CN-T-2的层间距更大。煅烧后的CN-T-2较蓬松，通过BET比表面积测试发现，CN-T-2的比表面积达到191.2m2/g，而CN-T-1则为则为32.53m2/g，比表面积有了较大的提升。实施例2将10g硫脲置于坩埚中加盖，在马弗炉中煅烧，煅烧温度为550℃，保温时间为4小时，升温速率为2.3℃/min；自然冷却后研磨成粉，称取1.2g盛于坩埚中不加盖，并铺展开，再次煅烧，煅烧温度为500℃，保温时间为1.0小时，升温速率为5℃/min。自然冷却后得到高比表面积改性氮化碳光催化剂(CN-T-21小时)，产率约为18％。实施例3将10g硫脲置于坩埚中加盖，在马弗炉中煅烧，煅烧温度为550℃，保温时间为4小时，升温速率为2.3℃/min；自然冷却后研磨成粉，称取1.2g盛于坩埚中不加盖，并铺展开，再次煅烧，煅烧温度为500℃，保温时间为3小时，升温速率为5℃/min。自然冷却后得到高比表面积改性氮化碳光催化剂(CN-T-23小时)，产率约为8％。实施例4将10g硫脲置于坩埚中加盖，在马弗炉中煅烧，煅烧温度为550℃，保温时间为4小时，升温速率为2.3℃/min；自然冷却后研磨成粉，称取1.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硫掺杂氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1将硫脲于500～650℃中煅烧，保温时间为2～6小时，得到硫掺杂石墨相氮化碳；S2将S1得到的硫掺杂石墨相氮化碳研磨成粉，于400～550℃再次煅烧，保温1～4小时。

【技术特征摘要】
1.一种硫掺杂氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1将硫脲于500～650℃中煅烧，保温时间为2～6小时，得到硫掺杂石墨相氮化碳；S2将S1得到的硫掺杂石墨相氮化碳研磨成粉，于400～550℃再次煅烧，保温1～4小时。2.根据权利要求1的所述硫掺杂氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1所述的煅烧，升温速率为1～5℃/min。3.根据权利要求1的所述硫掺杂氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S2所述的煅烧，升温速率为2～10℃/min。4.根据权利要求1的所述硫掺杂氮化碳光催化剂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志鸿，吕海钦，孟庆国，苑明哲，
申请(专利权)人：广州中国科学院沈阳自动化研究所分所，中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44