本发明专利技术公开了一种介孔石墨态氮化碳/累托石复合材料的制备方法，步骤是：1、累托石的预处理：取天然累托石，用蒸馏水浸泡，分离去除浮渣后，抽滤、研磨备用；2、双氰胺溶液的配置：双氰胺溶于去离子水中得到双氰胺溶液；3、双氰胺/累托石混合物的制备：双氰胺溶液于水浴中搅拌后加入累托石，搅拌、干燥、研磨备用；4、介孔石墨态氮化碳/累托石复合材料的制备：将双氰胺/累托石混合物煅烧、洗涤、研磨后得到介孔石墨态氮化碳/累托石复合材料。工艺快速简单，工艺参数易控制，原料价格低廉，复合材料具有高效、环保，实现了半导体纳米材料的负载。充分发挥了半导体材料的光催化性能，又解决了半导体材料易塌陷、缠绕、难回收的难题。
【技术实现步骤摘要】
一种介孔石墨态氮化碳/累托石复合材料的制备方法
本专利技术涉及天然黏土矿物复合材料合成
，更具体涉及一种介孔石墨态氮化碳(g-C3N4)/累托石复合材料的制备方法，合成出的介孔g-C3N4/累托石复合材料环境友好且具可见光响应，能用于光催化降解水中的偶氮染料，并可用于实际废水处理。
技术介绍
石墨型氮化碳(g-C3N4)是由C-N共价键形成原子层，层层堆叠而成的二维层状化合物。g-C3N4不含金属元素，是一种独特的半导体材料，具有稳定的化学稳定性、不易被光腐蚀，可见光响应和可调控的电子带结构等性能，被认为是最具潜力的光催化材料，在能源与环境领域得到了广泛关注。然而，多孔纤维结构的g-C3N4在实际应用中容易缠绕坍塌，封闭介孔孔道，降低光催化活性，限制了g-C3N4在水处理中的应用。因此，欲使g-C3N4发挥更好的光催化性能，必须对其加以复合改性。天然累托石是由二八面体云母和二八面体蒙脱石规则交叠组成的硅酸盐黏土矿物，这种独特的层状结构使其具有高温稳定性、高分散性和高塑性、吸附性和阳离子交换性、阻隔紫外线性以及结构层分离性等特性，在工业催化及环境保护等领域具有良好的应用前景。累托石作为一种硅酸盐层状矿物，其表面和层间可以提供大量的依附点位，可作为g-C3N4的负载基底，以解决g-C3N4在光催化作用过程中易塌陷、缠绕、难回收的问题。此外，通过g-C3N4的柱撑作用，进一步提高了累托石的吸附性能，增加与g-C3N4的接触，从而提高其催化反应的效率，且可实现g-C3N4的负载。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提供了一种介孔g-C3N4/累托石复合材料的制备方法，本专利技术所制备的复合材料是以累托石作为主体，纳米材料(g-C3N4)为客体，通过介孔孔道调节及主客体理性复合组装而成。该复合材料的制备工艺快速简单，工艺参数易控制，所需原料价格低廉，合成出的复合材料具有高效、环保的特点，实现了半导体纳米材料(g-C3N4)的负载。该复合材料既充分发挥了半导体材料(g-C3N4)的光催化性能，又解决了半导体材料(g-C3N4)易塌陷、缠绕、难回收的难题，并且为硅酸盐矿物-累托石在水处理材料方面的应用提供了新思路。为了实现上述的目的，本专利技术采用以下技术措施：本专利技术基于累托石(REC)和半导体材料(g-C3N4)的优良性质，在惰性气氛下，用一步热解法合成介孔g-C3N4/累托石复合材料，光催化降解去除水中的偶氮染料。既解决了客体材料(g-C3N4)在实际应用过程中难回收、易失活的缺陷，又提高了复合材料的循环利用性及机械稳定性，同时还利用了累托石具有高比表面积的优点，为客体材料(g-C3N4)提供更多的生长空间及光催化活性位点。一种介孔石墨态氮化碳介孔/累托石复合材料的制备方法，其步骤是：1、累托石的预处理：取10g天然累托石，用蒸馏水浸泡，分离1-4次去除浮渣后，浸泡20-26h后，分离上层的浮渣，抽滤，在45-55℃条件下干燥，研磨，过180-220目筛，备用。2、双氰胺(C2H4N4)溶液的配置：称取0.5-2g的双氰胺置于25-100mL的去离子水中，获得混合液，在常温(20－25℃，以下相同)下，将混合液置于超声波浴中震荡28－32min，即获得2％(质量比)的双氰胺溶液。3、双氰胺/累托石混合物的制备：将步骤2得到的2％(质量比)双氰胺溶液置于55℃-65℃的水浴中封口搅拌10-20min，并缓慢加入0.5-2g步骤1得到的累托石。悬浮液在55-65℃的水浴中敞口搅拌6-12h，停止搅拌，获得混合物，混合物在45-55℃条件下干燥8-12h，取出，研磨至粉末状，得到双氰胺/累托石混合物。4、介孔石墨态氮化碳(介孔g-C3N4)/累托石复合材料的制备：将步骤3得到的双氰胺/累托石混合物置于管式炉中，在氩气气氛下，以3－6℃/min的速度升温至548－552℃，煅烧3－6h，分别用无水乙醇和去离子水洗涤2-4次后，抽滤，并于45-55℃下烘干，研磨均匀得到介孔g-C3N4/累托石复合材料。通过上述技术措施，以累托石为载体，负载纳米g-C3N4，制备出新型纳米复合材料，可用于光催化降解去除水中偶氮染料等有机污染物，并可用于实际废水的处理。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：1.本专利技术的介孔g-C3N4/累托石复合材料的主要原料来源丰富，低廉易得，制备成本较低。2.本专利技术的介孔g-C3N4/累托石复合材料的合成只需通过一步热解即可完成，合成过程中无需额外加入原料。3.本专利技术的介孔g-C3N4/累托石复合材料合成过程无需添加有机模板剂，制备过程环境友好。4.该复合材料制备工艺简单，工艺参数易控制(反应温度为550℃，反应时间为4h)。5.本专利技术制得的介孔g-C3N4/累托石复合材料一方面解决了客体材料(g-C3N4)在实际应用过程中难回收、易失活的缺陷，又提高了其再生利用性及机械稳定性，同时还利用了累托石具有高比表面积的优点，为客体材料(g-C3N4)提供更多的生长空间及活性位点(见实施例3附图1)；另一方面通过客体材料(g-C3N4)在累托石层间生长，扩大累托石层间距，起到了柱撑的作用，进一步提高了复合材料的比表面积，增大了吸附及光催化作用面积(见实施例3附图2)。6.本专利技术制得的介孔g-C3N4/累托石复合材料不但保留了累托石小于5nm的微介孔，且增大了大于5nm的介孔孔隙分布，有利于在光催化作用过程中的物质能量传递(见实施例3附图4)。7.将本专利技术制得的介孔g-C3N4/累托石复合材料在光照条件下对染料废水中的亚甲基蓝进行光照脱色实验，其对初始浓度为20mg/L的亚甲基蓝脱色率可达85％-94％。附图说明图1为一种介孔g-C3N4/累托石复合材料的SEM图。从图1中可以明显看出，负载g-C3N4后复合材料的表面粗糙度较大，产生了许多的孔道和沟壑，并且部分镶嵌在累托石层间。这不仅说明了g-C3N4与累托石的成功负载，也说明了表面原位生长的g-C3N4在一定程度上提高了累托石的比表面积和孔隙率，该材料的尺寸约为2-5μm图2为一种实施例3制备的介孔g-C3N4/累托石复合材料及累托石的XRD图。从g-C3N4/累托石复合材料的XRD谱图中可以看出，累托石负载g-C3N4后，其在小角度范围内的部分特征峰消失或强度减弱，且出现了g-C3N4的层内结构特征峰及层间结构特征峰。这进一步说明我们通过一步热解法成功在累托石表面原位合成了g-C3N4。此外，累托石在20.0°的主要特征峰在负载后发生了蓝移，经计算，其层间距增大。这是由于g-C3N4起到了柱撑的作用，撑大了累托石的层间通道。图3为一种介孔g-C3N4/累托石复合材料的EDSMAPING图。通过测定得到负载g-C3N4后的复合材料所含的氮元素的摩尔比例为16％。图4为一种介孔g-C3N4/累托石复合材料及累托石的BET图。由图4a显示，两种材料主要为微介孔结构。经计算，g-C3N4/累托石复合材料的比表面积从未负载累托石的14m2/g增大到18m2/g。由图4b可以看出，介孔g-C3N4/累托石复合材料保留了累托石3～5nm的介孔孔径，且增大了大于5nm的孔隙分布，有利于光催化作用过程中的物质能量传递。具体实施方式结合具体实施例对本专利技术方法做进一步的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种介孔石墨态氮化碳/累托石复合材料的制备方法，其步骤是：A、累托石的预处理：取10g天然累托石，用蒸馏水浸泡，分离1‑4次去除浮渣后，浸泡20‑26h后，分离上层的浮渣，抽滤，在45‑55℃条件下干燥，研磨，过180‑220目筛，备用；B、双氰胺溶液的配置：称取0.5‑2g的双氰胺置于25‑100mL的去离子水中，获得混合液，在常温下，将混合液置于超声波浴中震荡28－32min，获得2％质量比的双氰胺溶液；C、双氰胺/累托石混合物的制备：将步骤B得到的2％质量比双氰胺溶液置于55℃‑65℃的水浴中封口搅拌10‑20min，并加入0.5‑2g步骤A得到的累托石，悬浮液在55‑65℃的水浴中敞口搅拌6‑12h，停止搅拌，获得混合物，混合物在45‑55℃条件下干燥8‑12h，取出，研磨至粉末状，得到双氰胺/累托石混合物；D、介孔石墨态氮化碳/累托石复合材料的制备：将步骤C得到的双氰胺/累托石混合物置于管式炉中，在氩气气氛下，以3－6℃/min的速度升温至548－552℃，煅烧3－6h，分别用无水乙醇和去离子水洗涤2‑4次后，抽滤，并于45‑55℃下烘干，研磨均匀得到介孔g‑C
【技术特征摘要】
1.一种介孔石墨态氮化碳/累托石复合材料的制备方法，其步骤是：A、累托石的预处理：取10g天然累托石，用蒸馏水浸泡，分离1-4次去除浮渣后，浸泡20-26h后，分离上层的浮渣，抽滤，在45-55℃条件下干燥，研磨，过180-220目筛，备用；B、双氰胺溶液的配置：称取0.5-2g的双氰胺置于25-100mL的去离子水中，获得混合液，在常温下，将混合液置于超声波浴中震荡28－32min，获得2％质量比的双氰胺溶液；C、双氰胺/累托石混合物的制备：将步骤B得到的2％质量比双氰胺溶液置于55℃-65℃的水浴...
【专利技术属性】
技术研发人员：周培疆，朱珑珑，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。