具有特殊包覆结构的g-C3N4@硅藻土复合光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有特殊包覆结构的g‑C3N4@硅藻土复合光催化剂的制备方法，将硅藻土煅烧后分散于氢氧化钠溶液中，超声、搅拌，过滤并真空冷冻干燥,再分散于硫酸中，超声、搅拌，过滤并真空冷冻干燥；将g‑C3N4煅烧后分散在盐酸中，超声、搅拌，过滤并真空冷冻干燥得g‑C3N4催化剂；将真空冷冻干燥的硅藻土与g‑C3N4催化剂分散于去离子水中，超声、搅拌，过滤并烘干为粉体，粉体真空煅烧得到有特殊包覆结构的g‑C3N4@硅藻土复合光催化剂。相比于纯g‑C3N4，g‑C3N4@硅藻土复合光催化剂对可见光的吸收增强，可见光光催化活性有较大提高。本发明专利技术工艺简单、便捷易行且成本低廉，具有良好的工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】
具有特殊包覆结构的g-C3N4@硅藻土复合光催化剂的制备方法
本专利技术属于光催化领域，涉及一种新型高性能复合光催化剂材料g-C3N4@硅藻土的制备方法，具体地说是一种层状g-C3N4包覆硅藻土的新型核-壳结构复合光催化剂材料的制备方法。
技术介绍
随着工业化与现代化进程的加速，环境污染亦日趋严重，极大地威胁人类自身的生存与发展。1972年，Fujishima和Honda首次发现了TiO2电极上的光催化现象，并在《自然》杂志上进行了报道，光催化技术由此引起了人们的极大关注。由于光催化技术能够直接利用太阳能，在温和条件下对有机物进行降解，产物是没有污染的CO2和H2O，相比传统技术具有无与伦比的优势，因而给环境污染的治理提供了一条全新的思路，具有广阔的应用前景。在光催化技术中，光催化剂是其核心，发展高效稳定的可见光光催化剂是光催化技术大规模实际应用的前提。g-C3N4是近年来被广泛研究的非金属半导体材料，其与石墨的结构类似，具备很多优良特性。相比于传统宽禁带半导体光催化剂ZnO与TiO2，g-C3N4具有较窄的禁带宽度，能够在可见光下响应；除此以外，其能够通过简单的前驱体热缩聚反应来制备，因而资源丰富且价格低廉；同时，g-C3N4还具有良好的热稳定性和化学稳定性，是有望实际应用的一种可见光光催化剂。然而g-C3N4也存在着本体材料的比表面积小、光生载流子复合率较高、量子效率低和太阳光的有效利用较差等问题，另外由于光催化剂g-C3N4的尺寸较大，难于负载，因而在光催化反应过程中难于回收再利用。硅藻土是一种硅质岩石，一般是由硅藻的单细胞藻类死亡以后的硅酸盐遗骸形成的，主要成分是无定形的SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等和有机质，其结构为多孔圆盘状或多孔圆筒状。由于硅藻土的表面和内部孔洞中含有硅羟基和氢键，所以硅藻土具有一定的表面活性和吸附性能，可用为光催化剂载体，但硅藻土并不具备光催化活性。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种对可见光具有较强的吸收，同时还具有强的吸附性；材料成本低廉，易于回收再利用的具有特殊包覆结构的g-C3N4@硅藻土复合光催化剂的制备方法。本专利技术目的的实现方式为，具有特殊包覆结构的g-C3N4@硅藻土复合光催化剂的制备方法，具体步骤如下：1)将硅藻土在450℃～600℃中煅烧1～4h后分散于质量分数为3％～10％的氢氧化钠溶液中，超声10min,搅拌50min，过滤并真空冷却干燥；再分散于质量分数为20％～50％的硫酸中超声15min,搅拌60min，过滤并真空冷冻干燥6h；所述硅藻土质量与氢氧化钠溶液质量比为1:3；所述硅藻土与硫酸溶液质量比为1:6；所述超声条件为，频率40KHz,功率150W；所述真空冷冻干燥条件为，-35～-40℃预冻2h，真空度5～10Pa；2)将g-C3N4在450℃～550℃中煅烧1～4h后分散在0.1mol/L～2mol/L的盐酸中，超声1h，搅拌8h，过滤并真空冷冻干燥6h，得g-C3N4粉体；所述超声条件为，超声频率40KHz,超声功率150W；所述真空冷冻干燥是，先在-35～-40℃真空预冻2h，真空度5～10Pa；3)取步骤1)中处理的硅藻土，分散于100mLml去离子水中，超声15min，搅拌15min，加入步骤2)中得到的g-C3N4粉体，继续超声30min，搅拌3h，过滤并用真空干燥箱在100℃下烘干,得硅藻土g-C3N4复合粉体；所述硅藻土与g-C3N4催化剂的质量比为1:5～1:20；所述超声条件为，超声频率40KHz,超声功率150W；4)将步骤3)所得硅藻土g-C3N4粉体在400℃～550℃温度下真空煅烧1-4h，得到具有特殊包覆结构的g-C3N4@硅藻土复合光催化剂；所述真空冷冻干燥条件为，-35～-40℃预冻2h，真空度5～10Pa。本专利技术利用硅藻土作为催化剂载体，通过对硅藻土以及层状g-C3N4材料进行表面改性，利用二者之间的静电自组装以及随后的真空煅烧形成一种具备特殊包覆结构的g-C3N4@硅藻土复合光催化剂。相比于纯g-C3N4材料，可见光光催化活性得到极大提升，在可见光区域具有更强的吸收，同时还具备较强的吸附性能，因而具有比单一g-C3N4更好的光催化活性。本专利技术工艺简单、便捷易行且成本低廉，易于回收再利用。本专利技术制备的复合光催化剂可在环境污染治理、光催化水解制氢、光催化二氧化碳还原等方面应用，具有良好的工业应用前景。附图说明图1为实施例3中所制备的g-C3N4@硅藻土复合光催化剂、纯g-C3N4及纯硅藻土的X射线衍射图谱，图2为本专利技术实施例3中所制备的g-C3N4@硅藻土复合光催化剂、纯g-C3N4及纯硅藻土的紫外漫反射图谱，图3a、b为纯硅藻土及实施例3中所制备的g-C3N4@硅藻土复合光催化剂的扫描电子显微镜照片，图4a、b为纯g-C3N4与实施例3中所制备的g-C3N4@硅藻土复合光催化剂的透射电子显微镜照片，图5为实施例1-4中所制备的g-C3N4@硅藻土复合光催化剂及纯g-C3N4的光催化性能测试图。具体实施方式本专利技术的具有特殊包覆结构的g-C3N4@硅藻土复合光催化剂材料是由g-C3N4与硅藻土复合而成，其中g-C3N4的形态为细小的片层状，硅藻土有良好的吸附性，硅藻土良好的吸附性及其与细小片状g-C3N4之间的静电吸附作用可以使g-C3N4附着于硅藻土的表面，形成g-C3N4包覆硅藻土结构，但其二者之间的静电结合作用力相对较弱。本专利技术在低于g-C3N4分解的温度下对g-C3N4包覆硅藻土结构进行真空煅烧，利用两种材料原子之间的扩散，可以有效提高g-C3N4与硅藻土颗粒之间的结合力，提高g-C3N4@硅藻土复合光催化剂包覆结构的稳定性；同时真空煅烧也有利于减小g-C3N4在高温下氧化与分解。因此，真空煅烧有利于形成稳定的g-C3N4包覆硅藻土的结构。下面用具体实施例详述本专利技术。实施例11)将硅藻土在450℃中煅烧1h后分散于质量分数为3％的氢氧化钠溶液中，超声10min,搅拌50min，过滤并真空冷却干燥。再分散于质量分数为20％的硫酸中，超声15min,搅拌60min，过滤并真空冷却干燥6h。所述硅藻土质量与氢氧化钠溶液质量比为1:3；所述硅藻土与硫酸溶液质量比为1:6；所述超声条件为，频率40KHz,功率150W；所述真空冷冻干燥条件为，-35～-40℃预冻2h，真空度5～10Pa。2)取g-C3N4粉末于坩埚中，坩埚放入马弗炉中450℃煅烧1h。分散在0.1mol/L的盐酸中，超声1h，搅拌8h，过滤并真空冷冻干燥6h。所述超声条件为，超声频率40KHz,超声功率150W；所述真空冷冻干燥是，先在-35～-40℃真空预冻2h，真空度5～10Pa。3)取步骤1)中经处理后的硅藻土粉体0.08g分散于100ml去离子水中，超声15min，搅拌15min。加入步骤2)中得到的g-C3N4粉体0.4g。继续超声30min,搅拌3h，过滤，用真空干燥箱在100℃烘干。所述超声条件为，超声频率40KHz,超声功率150W。4)将步骤3)所得硅藻土g-C3N4粉体于坩埚中，坩埚置于真空煅烧炉中在400℃温度下真空煅烧1h，得到具有特殊包覆结构的g-C3N4@硅藻土复合光催化剂；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有特殊包覆结构的g‑C

【技术特征摘要】
1.具有特殊包覆结构的g-C3N4@硅藻土复合光催化剂的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：1)将硅藻土在450℃～600℃中煅烧1～4h后分散于质量分数为3％～10％的氢氧化钠溶液中，超声10min,搅拌50min，过滤并真空冷却干燥；再分散于质量分数为20％～50％的硫酸中超声15min,搅拌60min，过滤并真空冷冻干燥6h；所述硅藻土质量与氢氧化钠溶液质量比为1:3；所述硅藻土与硫酸溶液质量比为1:6；所述超声条件为，频率40KHz,功率150W；所述真空冷冻干燥条件为，-35～-40℃预冻2h，真空度5～10Pa；2)将g-C3N4在450℃～550℃中煅烧1～4h后分散在0.1mol/L～2mol/L的盐酸中，超声1h，搅拌8h，过滤并真空冷冻干燥6h，得g-C3N4粉体；所述超声条件为，超声频率40KHz,超声功率150W；所述真空冷冻干燥是，先在-35～-4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉虎，胡晓峰，董仕节，常鹰，余昆，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42