一种改性g-C制造技术

本发明专利技术公开的改性g‑C

A modified g C3N4 - SiO2 heterojunction photocatalyst and preparation method thereof

【技术实现步骤摘要】
一种改性g-C3N4–SiO2异质结光催化剂及其制备方法
本专利技术涉及半导体光催化剂领域，特别涉及一种改性g-C3N4–SiO2异质结光催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着现代工业的发展，大量含有重金属离子的废水排入水体中，我国水体重金属污染问题十分突出，江河湖库污染严重，重金属污染率达80％以上。水体中的重金属离子可长期停留并积累在环境中，通过食物链逐级富集，严重影响人类及其他生物的安全。其中六价态的Cr普遍存在于电镀、印染及制革废水中，具有强的致癌性和致畸性，且对环境有持久危险性。传统的Cr(VI)处理方法有沉淀法、吸附法、电解法和膜分离法，但总体来说处理过程较复杂，成本较高且易产生二次污染。基于半导体材料的光催化作为一种新兴和绿色的技术，在解决环境问题方面具有巨大潜力。石墨相氮化碳(g-C3N4)作为完全非金属半导体，具有化学性质稳定、禁带宽度较窄、兼容性强等优点，使得它在光催化剂领域具有很大的发展前景。然而，单纯g-C3N4比表面积较小，不能有效地将污染物富集至反应活性中心，导致光催化活性不高。将g-C3N4与具有大比表面的吸附剂耦合，虽然能够促进催化剂对水体污染物的快速富集，但耦合体系中g-C3N4相对含量的减少并不利于光催化反应的发生，所以耦合体系中吸附剂的加入量不易过多，这就限制了其对水中污染物的富集效果，尤其是对高浓度的重金属污染水体处理效果不佳。因此，通过对吸附剂表面进行功能化改性，提高耦合体系对污染物的富集能力，开发出具有高吸附及高催化活性的光催化材料具有很高的应用前景和实用价值。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种具有高吸附及高光催化活性的g-C3N4–SiO2异质结光催化剂及其制备方法。本专利技术通过对复合催化剂表面进行改性修饰，一方面提升g-C3N4与SiO2之间的异质结合强度，同时在SiO2表面接枝功能化配位基团-NH-、-NH2及S，提高其对水体中重金属离子的富集能力，这对于该耦合体系光催化活性的提升以及改善环境方面的应用具有重要意义。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种改性g-C3N4–SiO2异质结光催化剂的制备方法，包括以下步骤，(1)以三聚氰胺为前驱物，经高温煅烧制得g-C3N4；(2)将步骤(1)制得的g-C3N4与SiO2前驱物通过溶胶-热液法制得g-C3N4/SiO2光催化剂；(3)将步骤(2)中所得g-C3N4/SiO2光催化剂，加入到硫脲的乙醇溶液中，在脱水剂作用下反应，得到改性的g-C3N4–SiO2-Tu异质结光催化剂。优选的本专利技术所述的改性g-C3N4–SiO2异质结光催化剂的制备方法为步骤(1)所述高温煅烧的温度为500～600℃，高温煅烧时间为3-6h，所述g-C3N4为石墨相。优选的本专利技术所述的改性g-C3N4–SiO2异质结光催化剂的制备方法为步骤(3)中所述脱水剂为二环己基碳二亚胺，所述g-C3N4/SiO2与二环己基碳二亚胺的质量比为1～4：2～6，所述g-C3N4/SiO2与硫脲的质量比为1～4：3～8。优选的本专利技术所述的改性g-C3N4–SiO2异质结光催化剂的制备方法为步骤(3)中所述硫脲的乙醇溶液为硫脲与无水乙醇的质量体积比为3～8：100～150组成，所述反应的温度为50～65℃，反应的时间为12～48h。优选的本专利技术所述的改性g-C3N4–SiO2异质结光催化剂的制备方法为步骤(2)中的溶胶-热液法具体操作为：将硅酸乙酯与无水乙醇混合，并加入步骤(1)中制得的g-C3N4，配制成A混合液；将HNO3、HF和无水乙醇混合，配制成B混合液；边搅拌边将B混合液加入到A混合液中，形成溶胶；所述溶胶在一定温度下进行热液合成，得到g-C3N4/SiO2光催化剂。优选的本专利技术所述的改性g-C3N4–SiO2异质结光催化剂的制备方法为步骤步骤(2)中，所述g-C3N4与硅酸乙酯的质量体积比为1.0～4.0：8。优选的本专利技术所述的改性g-C3N4–SiO2异质结光催化剂的制备方法为步骤(2)中所述A混合液中，硅酸乙酯与无水乙醇的体积比为1:5；所述B混合液中，HNO3浓度为1mol/L，HF的体积浓度为3％，HNO3、HF与无水乙醇体积比为6～12：2～5：12。优选的本专利技术所述的改性g-C3N4–SiO2异质结光催化剂的制备方法为步骤(2)中，所述热液合成反应的温度为90～180℃，反应时间为20-30h。本专利技术还提供一种改性g-C3N4–SiO2异质结光催化剂，该催化剂是由上述专利技术所述的制备方法制成，所述催化剂具有如下化学结构示意式：本专利技术改性g-C3N4–SiO2异质结光催化剂的制备原理：通过高温煅烧三聚氰胺制得石墨相g-C3N4，然后将g-C3N4与SiO2前驱物通过溶胶-热液法制得g-C3N4/SiO2耦合体系，再将g-C3N4/SiO2加入到硫脲与脱水剂二环己基碳二亚胺的乙醇溶液中进行反应，SiO2表面丰富的Si-OH同时与g-C3N4表面及硫脲分子中的-NH2脱水缩合形成Si-N键，从而制得改性的g-C3N4–SiO2异质结光催化剂。与现有技术相比，本专利技术具有如下积极的效果：(1)本专利技术提供的改性g-C3N4–SiO2复合催化剂表面具有丰富N和S配位官能团，能提升催化剂对水体重金属离子的吸附能力。(2)本专利技术提供的改性g-C3N4–SiO2复合光催化剂具有紧密的异质结结构，可促进污染物在催化剂表面的传递。(3)本专利技术提供的催化剂对水体重金属离子光催化活高，制备方法简单，原料易得，在环保领域具有很高的实用价值和应用前景。附图说明图1：为本专利技术实施例3中制备的g-C3N4/SiO2的N1sXPS表征图；图2：为本专利技术实施例3中制备的g-C3N4–SiO2-Tu的N1sXPS表征图；图3：为本专利技术实施例3中制备的g-C3N4/SiO2的Si2pXPS表征图；图4：为本专利技术实施例3中制备的g-C3N4–SiO2-Tu的Si2pXPS表征图；图5：为本专利技术实施例3中制备的g-C3N4/SiO2和g-C3N4–SiO2-Tu的吸附能力对比图；图6：为本专利技术实施例3中制备的g-C3N4/SiO2和g-C3N4–SiO2-Tu的吸附-可见光催化活性对比图。具体实施方式下文将结合附图和具体实施例对本专利技术做更进一步的详细说明。下列实施例仅为示例性地说明和解释本专利技术，而不应被解释为对本专利技术保护范围的限制。凡基于本
技术实现思路
所实现的技术均涵盖在本专利技术旨在保护的范围内。实施例1改性g-C3N4–SiO2异质结光催化剂的制备(1)将30g三聚氰胺置于管式炉中，在空气氛围下500℃煅烧4h制得g-C3N4。(2)将8mL硅酸乙酯和40mL无水乙醇混合，并加入1g上述步骤中制得的g-C3N4，配置成A混合液；将6mL浓度为1mol/L的HNO3、2mL体积浓度为3％的HF和12mL无水乙醇混合，配置成B混合液；边搅拌边将B混合液加入到A混合液中，形成溶胶；将溶胶转移入反应釜内，在100℃下进行热液合成，反应24h后，将冷却的产物抽虑分离，将分离后的固体物质清洗并干燥即可得到g-C3N4/SiO2光催化剂。(3)将2g上述步骤制得的g-C3N4/SiO2加入到100mL无水乙醇中，然后加入3g硫脲，搅拌混合均匀，再加入2g二环己基碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性g‑C3N4–SiO2异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)以三聚氰胺为前驱物，经高温煅烧制得g‑C3N4；(2)将步骤(1)制得的g‑C3N4与SiO2前驱物通过溶胶‑热液法制得g‑C3N4/SiO2光催化剂；(3)将步骤(2)中所得g‑C3N4/SiO2光催化剂，加入到硫脲的乙醇溶液中，在脱水剂作用下反应，得到改性的g‑C3N4–SiO2‑Tu异质结光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种改性g-C3N4–SiO2异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)以三聚氰胺为前驱物，经高温煅烧制得g-C3N4；(2)将步骤(1)制得的g-C3N4与SiO2前驱物通过溶胶-热液法制得g-C3N4/SiO2光催化剂；(3)将步骤(2)中所得g-C3N4/SiO2光催化剂，加入到硫脲的乙醇溶液中，在脱水剂作用下反应，得到改性的g-C3N4–SiO2-Tu异质结光催化剂。2.根据权利要求1所述的改性g-C3N4–SiO2异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述高温煅烧的温度为500～600℃，高温煅烧时间为3-6h，所述g-C3N4为石墨相。3.根据权利要求1所述的改性g-C3N4–SiO2异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述脱水剂为二环己基碳二亚胺，所述g-C3N4/SiO2与二环己基碳二亚胺的质量比为1～4：2～6，所述g-C3N4/SiO2与硫脲的质量比为1～4：3～8。4.根据权利要求3所述的改性g-C3N4–SiO2异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述硫脲的乙醇溶液为硫脲与无水乙醇的质量体积比为3～8：100～150组成。5.根据权利要求4所述的改性g-C3N4–SiO2异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述反应的温度为50～65℃，反...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅小飞，高永，马帅帅，蒋莉，张曼莹，孔峰，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32