一种铬掺杂MCM‑48负载氮化碳的复合光催化剂及其应用制造技术

本发明专利技术制备了一种铬掺杂MCM‑48(Cr‑MCM‑48)负载氮化碳的复合光催化剂并应用于有机染料2号甲基橙的光催化氧化。本发明专利技术的主要特征是以Cr‑MCM‑48介孔氧化硅材料为载体，通过两步程序升温气相凝聚的方法在介孔孔道中原位生成氮化碳并同时保持一定的孔道结构。与现有技术相比，本发明专利技术采用的制备方法简便易操作，同时本发明专利技术所制备的催化剂光生电子和空穴可有效分离，光催化活性有显著的提高。通过光催化降解有机染料，证明这种Cr‑MCM‑48负载氮化碳材料具有比MCM‑48负载氮化碳更高的光催化活性。

The composite photocatalyst for chromium doped MCM 48 load of carbon nitride and its application

The preparation method of a chromium doped MCM 48 (Cr MCM 48) load of carbon nitride composite photocatalyst and its application in organic dye photocatalytic oxidation of methyl orange 2. The main feature of this invention is to Cr MCM 48 mesoporous silica as the carrier, through the method of two step temperature programmed gas phase condensation in the mesoporous channels in situ formation of carbon nitride and maintain certain pore structure. Compared with the prior art, the preparation method adopted by the invention is simple and easy to operate, and meanwhile, the prepared photocatalyst, the photogenerated electron and the hole can be effectively separated, and the photocatalytic activity is remarkably improved. The photocatalytic degradation of organic dye, Cr MCM 48 proves that the load of carbon nitride materials than MCM 48 load of carbon nitride higher photocatalytic activity.

【技术实现步骤摘要】
一种铬掺杂MCM-48负载氮化碳的复合光催化剂及其应用
本专利技术涉及一种复合催化剂，具体涉及一种铬掺杂MCM-48负载氮化碳的复合光催化剂及其应用,属于光催化

技术介绍
有机染料在人们日常生活中有广泛的用途，但这些染料具有很高的稳定性，一般很难生物分解。由于对人体有很强的毒性和致癌性而被列为优先控制污染物之一。因此，降解有机染料引起人们的广泛关注。在众多有机染料的降解方法中，光催化氧化是比较高效绿色的技术，然而目前可见光下的高效催化剂较少。氮化碳作为非金属半导体催化剂具有化学稳定性高、密度低、耐磨性好、生物兼容性强等优点。同时，氮化碳的禁带宽度较窄(约2.7eV)，因此它的光响应波长可以拓宽到450nm的可见光区。但是氮化碳又存在比表面积小、光生电子和空穴的复合几率很大，对光子的有效利用率较低的缺点，这大大限制了氮化碳的进一步发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种掺杂MCM-48负载氮化碳的复合光催化剂，合成过程简单，操作便捷，能高效利用原料，而且无溶剂的消耗，制备出比表面积较大的催化剂并在一定程度上保持了有序的介孔孔道，能够大幅度提高光催化效率，在可见光下对2号甲基橙具有较高的光催化氧化活性。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种铬掺杂MCM-48负载氮化碳的复合光催化剂，氮化碳负载在介孔硅的孔道里，在光催化过程中与掺杂在MCM-48骨架中的铬产生协同作用。优选方案，具体制备方法如下：定量的氰胺前驱体放置于瓷方舟中，在上面平铺定量的铬掺杂MCM-48,然后用铝箔纸把瓷方舟包起来并在上方扎几个出气小孔，放入马弗炉中程序升温煅烧，得到Cr-MCM-48负载氮化碳的材料。优选方案，氰胺前驱体可以是单氰胺、双氰胺或三聚氰胺，且用量为2g。优选方案，Cr-MCM-48的用量为0.40g且在制备过程中通过调控加入正硅酸乙酯、硝酸铬(Cr(NO3)3·9H2O)的比例来调节铬的含量；所述正硅酸乙酯、硝酸铬(Cr(NO3)3·9H2O)的比例为10:1～40:1。优选方案，在马弗炉中程序升温煅烧过程中，先升温到250℃保温2h，然后再升温到550℃保温4h，升温速度都是3℃/min。优选方案，具体制备方法分别在酸性和碱性条件。本专利技术的另一个目的是提出了本专利技术铬掺杂MCM-48负载氮化碳的复合光催化剂在光催化氧化有机染料的应用上具有更高的光催化活性。由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术的铬掺杂MCM-48负载氮化碳的复合光催化剂，以Cr-MCM-48介孔氧化硅材料为载体，通过两步程序升温气相凝聚的方法在MCM-48介孔孔道中原位生成氮化碳并同时保持一定的孔道结构。具体优势体现在：1)相对于传统的灌注方法，本专利技术提供的制备方法合成过程简单，操作便捷，能高效利用原料，而且无溶剂的消耗。2)本专利技术将氮化碳负载在介孔氧化硅的孔道中，制备出比表面积较大的催化剂并在一定程度上保持了有序的介孔孔道。3)本专利技术制备的复合光催化剂，光生电子和空穴可有效分离，能够大幅度提高光催化效率。4)本专利技术制备的复合光催化剂在可见光下对2号甲基橙具有较高的光催化氧化活性。附图说明下面结合附图对本专利技术技术方案作进一步说明：附图1为实施案例1所制备得到样品的紫外谱图；附图2为实施案例1-3所制备得到样品的透射电镜测试结果示意图；附图3为负载C3N4前(A)和负载C3N4后(B)酸性条件下制备的Cr-MCM-48(Si/Cr＝30,pH＝6,7,8)的小角XRD图；附图4为实施案例1-5所制备的样品的广角XRD谱图；附图5为实施案例1-5所制备得到样品在300WXe灯加420滤光片的光源下显示了酸碱条件下制备所得TiO2/Cr-MCM-48在可见光下降解OrangeII的光催化活性示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术的铬掺杂MCM-48负载氮化碳的复合光催化剂，是以Cr-MCM-48介孔氧化硅材料为载体，通过两步程序升温气相凝聚的方法在MCM-48介孔孔道中原位生成氮化碳并同时保持一定的孔道结构。这种方法得到的催化剂在可见光下对2号甲基橙有很好的光催化氧化效果。本专利技术所提供的铬掺杂MCM-48负载氮化碳的制备方法如下：一定量的氰胺前驱体放置于瓷方舟中，在上面平铺一定量的Cr-MCM-48,然后用铝箔纸把瓷方舟包起来并在上方扎几个出气小孔，放入马弗炉中程序升温煅烧一定时间，得到Cr-MCM-48负载氮化碳的材料。本专利技术涉及的Cr-MCM-48模板的制备方法如下：将表面活性剂及氯化钾溶于盐酸溶液中，一定温度下剧烈搅拌3h,然后降低搅拌速度，加入正硅酸乙酯、硝酸铬的混合溶液，搅拌2min,静置24h,转移到四氟乙烯水热釜中，在100℃烘箱中水热24h。经过24h后取出冷却，然后用氨水调节pH值分别为6、7、8。再次在100℃水热24h后，将样品经去离子水洗涤抽滤，在红外干燥灯下烘干。将烘干后的样品研磨后，在250℃温度下焙烧2h，550℃温度下焙烧5h，升温速率为3℃/min。另外，将所得产物记作aci-x-y,其中x表示初始凝胶中的Si/Cr比率，y表示调节的pH值。所述的氰胺前驱体可以是单氰胺、双氰胺、三聚氰胺等，且用量为2g。所述的Cr-MCM-48的用量为0.40g且在制备过程中通过调控加入正硅酸乙酯、硝酸铬的比例(10:1～40:1)来调节铬的含量。所述的程序升温过程为煅烧温度先升温到250℃保温两个小时，然后在升温到550℃保温四个小时，升温速度都是3℃/min。实施例1Ti-SBA15的制备:酸性条件：用水/油浴控温在35℃下，将1.5g三嵌段共聚物P123和一定量的正丁醇加入60mL1mol/L的盐酸溶液中，开启机械搅拌，经过1.5h后，P123完全溶解，再加入硝酸铬和3.3mL正硅酸乙酯(TEOS)。此时反应体系中的各物质的摩尔质量比为：1.0TEOS:0.017P123:0.025～0.1Cr:4.05HCl:1.0n-BuOH:217H2O。继续控制温度在35℃下水/油浴搅拌24h后，将混合物转入100mL聚四氟乙烯内衬中，装入水热釜，在100℃烘箱中水热24h。经过24h后取出冷却，然后用氨水调节pH值分别为6、7、8。再次在100℃水热24h后，将样品经去离子水洗涤抽滤，在红外干燥灯下烘干。将烘干后的样品研磨后，在250℃温度下焙烧2h，550℃温度下焙烧5h，升温速率为2℃/min。另外，将所得产物记作aci-x-y,其中x表示初始凝胶中的Si/Cr比率，y表示调节的pH值。碱性条件：取10mLTEOS与50mL去离子水混合，在35℃条件下剧烈搅拌混合物约40分钟，然后加入0.9gNaOH和适量的Cr(NO3)3·9H2O。剧烈搅拌15分钟左右(看到有白色颗粒挂在烧瓶壁上)后将10.61gCTAB加入到混合物中，继续搅拌60分钟。最后，将混合物转入高压釜，于120℃水热48h，将所得产物过滤、水洗及干燥，所得样品在550℃下焙烧5h，升温速率为2℃/min。纯硅MCM-48的制备过程与上面的过程相似，只是在加入NaOH后不加Cr(NO3)3·9H2O而已。样品以alk-(z)表示，其中z表示初始凝胶中的Si/Cr比率。从附图1为实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铬掺杂MCM‑48负载氮化碳的复合光催化剂，其特征在于:氮化碳负载在介孔硅的孔道里，在光催化过程中与掺杂在MCM‑48骨架中的铬产生协同作用。

【技术特征摘要】
1.一种铬掺杂MCM-48负载氮化碳的复合光催化剂，其特征在于:氮化碳负载在介孔硅的孔道里，在光催化过程中与掺杂在MCM-48骨架中的铬产生协同作用。2.根据权利要求1所述的铬掺杂MCM-48负载氮化碳的复合光催化剂，其特征在于,所述铬掺杂MCM-48负载氮化碳的制备方法如下：定量的氰胺前驱体放置于瓷方舟中，在上面平铺定量的铬掺杂MCM-48,然后用铝箔纸把瓷方舟包起来并在上方扎几个出气小孔，放入马弗炉中程序升温煅烧，得到Cr-MCM-48负载氮化碳的材料。3.根据权利要求2所述的制备铬掺杂MCM-48负载氮化碳的复合光催化剂的方法，其特征在于，所述氰胺前驱体可以是单氰胺、双氰胺或三聚氰胺，且用量为2g。4.根据权利要求2所述的制备铬掺杂MCM-48负载氮化碳的复合光催化剂的方法，其特征在于:Cr-...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金龙，雷菊英，王灵芝，田宝柱，邢明阳，
申请(专利权)人：苏州聚康新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32