高可见光活性ATP/g‑C3N4‑Ag复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高可见光活性ATP/g‑C3N4‑Ag复合材料及其制备方法和应用，以g‑C3N4薄层包覆改性后的凹凸棒石为基体，通过化学还原法将Ag纳米颗粒原位沉积在ATP/g‑C3N4薄层上，由于三者之间良好的协同作用，获得了高效、稳定的新型ATP/g‑C3N4‑Ag复合材料。本发明专利技术的复合催化剂既具有优异的光催化性能，又可以降低成本、减少污染，在水污染治理方面具有较好的应用前景和经济效益。

The high visible light activity of ATP/g C3N4 Ag composite material and preparation method and application thereof

The invention discloses a high visible light photocatalytic activity of ATP/g C3N4 Ag composite material and preparation method and application thereof, with G C3N4 coated modified attapulgite as substrate, Ag nanoparticles deposited in situ in ATP/g C3N4 layer by chemical reduction method, because of the three good synergy between, and obtain a new type of ATP/g C3N4 Ag composite high efficient and stable. The composite catalyst has excellent photocatalytic properties, and can reduce costs, reduce pollution, and has good application prospect and economic benefits in terms of water pollution.

【技术实现步骤摘要】
高可见光活性ATP/g-C3N4-Ag复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于复合材料领域，具体涉及一种高可见光活性ATP/g-C3N4-Ag复合材料的制备方法。
技术介绍
随着现代工业的迅速发展，能源危机和环境污染环境污染问题日益严重，寻求更经济高效的污染控制技术是目前环境领域的重要课题。半导体光催化技术因其具有氧化能力强、反应条件温和以及无二次污染等特点，故受到各界的广泛关注，成为一种理想的环境治理技术。半导体材料类石墨相氮化碳（g-C3N4）因其具有可见光响应（禁带宽度Eg为2.7eV）、无毒、光催化活性高等特点，而且制备成型工艺简单，制备原料便宜易得，使其在光催化降解污染物、分解水制氢制氧及有机合成领域具有很广阔的应用前景。然而单纯的g-C3N4由于光生电子和空穴极易复合，比表面积小，导致其应用受到了一定限制，无法满足大规模应用的需求。通过在催化剂表面沉积贵金属，可以改变体系中的电子分布，使得光催化剂的表面性质发生改变，从而改善其光催化性能。LeiGe等采用光分解沉积和焙烧制备了Ag/g-C3N4复合材料，其在可见光下对甲基橙(MO)具有良好的降解效果，这是通过提高g-C3N4所产生的光生电子和空穴的分离效率来提高光催化性能，但其降解效率还有待提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种高可见光活性ATP/g-C3N4-Ag复合材料及其制备方法和应用，以g-C3N4薄层包覆改性后的凹凸棒石为基体，通过化学还原法将Ag纳米颗粒原位沉积在ATP/g-C3N4薄层上，利用凹土、g-C3N4以及Ag颗粒之间的协同作用，获得高效、稳定的新型ATP/g-C3N4-Ag复合材料。具体的技术方案是：本专利技术的第一个方面：一种高可见光活性ATP/g-C3N4-Ag复合材料，它包括有作为载体的凹凸棒石，在凹凸棒石的表面负载有类石墨相氮化碳（g-C3N4）薄层，在类石墨相氮化碳薄层的表面还沉积有纳米银。在一个实施例中，类石墨相氮化碳薄层是先负载于凹凸棒石上之后，纳米银再沉积于类石墨相氮化碳的表面。在一个实施例中，凹凸棒石的纤维长度为500～2000nm，直径为30～70nm，凹凸棒石含量不小于95%。在一个实施例中，ATP/g-C3N4-Ag复合材料中Ag的质量分数为2～8%。本专利技术的第二个方面：一种高可见光活性ATP/g-C3N4-Ag复合材料的制备方法，包括如下步骤：第1步，凹凸棒石的改性：将凹凸棒石与有机溶剂混合，再加入硅烷偶联剂进行改性，产物经洗涤、烘干后，得改性凹凸棒石；第2步，负载g-C3N4薄层的凹凸棒石的制备：将改性凹凸棒石分散于去离子水中，再加入三聚氰胺进行回流反应，将反应液冻干之后进行煅烧，得到负载g-C3N4薄层的凹凸棒石；第3步，Ag的负载：将负载g-C3N4薄层的凹凸棒石分散于去离子水中，滴加AgNO3溶液，再滴加NaBH4溶液进行反应，产物滤出，干燥后得到ATP/g-C3N4-Ag复合材料。所述的第1步中，有机溶剂是甲苯；硅烷偶联剂是KH560；改性反应过程的温度是60℃，反应时间是4h；洗涤过程是依次采用甲苯和乙醇洗涤；硅烷偶联剂与凹凸棒石的体积/质量比为5mL:6g，硅烷偶联剂与有机溶剂的体积比为1:14。所述的第2步中，所述的回流反应是80℃下冷凝回流4h；冻干过程的时间是20～30h；煅烧温度是500～550℃；改性凹凸棒石与三聚氰胺的质量比为1:2。所述的第3步中，AgNO3溶液的浓度为0.01～0.03g/mL，NaBH4溶液的浓度为0.03～0.09g/mL分散时间是1h，干燥温度是60℃。本专利技术的第三个方面：高可见光活性ATP/g-C3N4-Ag复合材料在光催化降解有机物中的应用。所述的有机物选自苯酚、苯二酚、苯醌、甲基橙、罗丹明B、亚甲基蓝、有机染料、苯酚、甲醛或烷基苯磺酸钠等。本专利技术的第四个方面：负载g-C3N4薄层的凹凸棒石在用于提高Ag促进g-C3N4光催化效果中的应用。有益效果本专利技术具有以下优点：1、g-C3N4以薄层的形式均匀负载于凹凸棒石表面，大大提高了g-C3N4的比表面积；2、合成的负载型ATP/g-C3N4-Ag复合材料包覆效果好，分散均匀且具有较大的比表面积；3、合成的ATP/g-C3N4-Ag复合材料具有优异的光电催化性能；4、合成过程中所用的原料便宜易得，且无环境污染。附图说明图1为不同Ag含量的ATP/g-C3N4-Ag复合材料的XRD谱图，其中(☆)ATP，(◆)g-C3N4，(★)Ag。图2为g-C3N4的TEM照片。图3为ATP的TEM照片。图4为ATP/g-C3N4的TEM照片。图5为ATP/g-C3N4-Ag-4的TEM照片。图6为不同Ag含量的ATP/g-C3N4-Ag复合材料降解10mg•L-1甲基橙光催化效果图。图7为不同Ag含量的ATP/g-C3N4-Ag复合材料降解10mg•L-1甲基橙光催化一级动力学拟合曲线。图8为不同Ag含量的ATP/g-C3N4-Ag复合材料降解10mg•L-1甲基橙光催化速率常数。图9为不同Ag含量的ATP/g-C3N4-Ag复合材料降解10mg•L-1甲基橙光催化循环性能曲线图。具体实施方式本专利技术中凹凸棒石黏土(Attapulgite)简称凹凸棒石，隶属于海泡石族，是一种层链状晶体结构的镁铝硅酸盐粘土矿物。具有无毒、化学稳定性好、吸附能力强、比表面积大等优点，可以作为催化剂使用，同时也可作为优良的催化剂载体。以下实施例中采用的纳米凹凸棒石的纤维长度为500～2000nm，直径为30～70nm，凹凸棒石含量不小于95%。将催化剂负载于高比表面的载体上，将有利于提高其比表面积，减少电子-空穴复合几率。本专利技术中，通过凹凸棒石作为载体，在其表面上负载有g-C3N4，实现了g-C3N4具有高比表面积，使得Ag在g-C3N4的表面负载后，具有更好地沉积量和均匀性，能够更有效地发挥Ag促进光催化效果的能力，使得应用该载体制备得到的Ag负载g-C3N4的光催化效果更好。本专利技术一方面提供了高可见光活性ATP/g-C3N4-Ag复合材料，它包括有作为载体的凹凸棒石，在凹凸棒石的表面负载有类石墨相氮化碳（g-C3N4），在类石墨相氮化碳的表面还沉积有银。类石墨相氮化碳是先负载于凹凸棒石上之后，银再沉积于类石墨相氮化碳的表面。在一些实施方式中，凹凸棒石的纤维长度为500～2000nm，直径为30～70nm，凹凸棒石含量不小于95%，ATP/g-C3N4-Ag复合材料中Ag的质量分数为2～8%。本专利技术另一方面提供了这种材料的制备方法，第1步，凹凸棒石的改性：将凹凸棒石与有机溶剂混合，再加入硅烷偶联剂进行改性，产物经洗涤、烘干后，得改性凹凸棒石；第2步，负载g-C3N4的凹凸棒石的制备：将改性凹凸棒石分散于去离子水中，再加入三聚氰胺进行回流反应，将反应液冻干之后进行研磨，再将研磨产物进行煅烧后，得到负载g-C3N4的凹凸棒石；第3步，Ag的负载：将负载g-C3N4的凹凸棒石分散于去离子水中，滴加AgNO3溶液，再滴加NaBH4溶液进行反应，产物滤出，干燥后得到ATP/g-C3N4-Ag复合材料。所述的第1步中，有机溶剂是甲苯；硅烷偶联剂是KH560；改性反应过程的温度是60℃，反应时间是4h；洗涤过程是依次采用甲苯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高可见光活性ATP/g‑C3N4‑Ag复合材料，其特征在于，它包括有作为载体的凹凸棒石，在凹凸棒石的表面负载有类石墨相氮化碳，在类石墨相氮化碳的表面还沉积了纳米银颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种高可见光活性ATP/g-C3N4-Ag复合材料，其特征在于，它包括有作为载体的凹凸棒石，在凹凸棒石的表面负载有类石墨相氮化碳，在类石墨相氮化碳的表面还沉积了纳米银颗粒。2.根据权利要求1所述的高可见光活性ATP/g-C3N4-Ag复合材料，其特征在于，类石墨相氮化碳薄层是先负载于凹凸棒石上之后，纳米银再沉积于类石墨相氮化碳的表面。3.根据权利要求1所述的高可见光活性ATP/g-C3N4-Ag复合材料，其特征在于，凹凸棒石的纤维长度为500～2000nm，直径为30～70nm，凹凸棒石含量不小于95%；ATP/g-C3N4-Ag复合材料中Ag的质量分数为2～8%。4.一种高可见光活性ATP/g-C3N4-Ag复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步，凹凸棒石的改性：将凹凸棒石与有机溶剂混合，再加入硅烷偶联剂进行改性，产物经洗涤、烘干后，得改性凹凸棒石；第2步，负载g-C3N4的凹凸棒石的制备：将改性凹凸棒石分散于去离子水中，再加入三聚氰胺进行回流反应，将反应液冻干之后进行煅烧，得到负载g-C3N4的凹凸棒石；第3步，Ag的负载：将负载g-C3N4的凹凸棒石分散于去离子水中，滴加AgNO3溶液，再滴加NaBH4溶液进行反应，产物滤出，干燥后得到ATP/g-C3N4-Ag复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：张莉莉，许永帅，陈佳琪，付永胜，周守勇，赵宜江，汪信，
申请(专利权)人：淮阴师范学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32