一种石墨烯、TiO2‑氮化碳负载泡沫镍的光催化材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯、TiO2‑氮化碳负载泡沫镍的光催化材料及其制备方法与应用。本发明专利技术以含氮量高的前驱体制得光催化原料氮化碳，并添加分散剂石墨烯及TiO2溶于有机溶剂中，以泡沫镍为基底，通过浸渍加热法将该可见光响应型光催化原料氮化碳及分散剂负载于多孔载体表面，得到具有优异氮氧化物降解性能的石墨烯、TiO2‑氮化碳负载泡沫镍的光催化材料。相较于传统光催化材料，所述制备方法简单高效，条件温和，成本低廉。该石墨烯、TiO2‑氮化碳负载泡沫镍的光催化材料比表面积大，吸附能力强，可见光响应，且氮氧化物降解性能优异，在空气净化领域，如：空调、风扇过滤器的核心部件、空气净化器的核心部件、环保涂料等具有广阔应用前景。

A graphene, TiO2 nitride carbon supported nickel foam photocatalytic material and preparation method and application thereof

The invention discloses a photocatalytic material graphene, TiO2 nitride carbon supported nickel foam and preparation method and application thereof. In the invention, the precursor containing high nitrogen content to photocatalytic material of carbon nitride, and the dispersing agent of graphene and TiO2 dissolved in organic solvent on the foam nickel substrate by dipping method of heating the visible light responsive photocatalytic material of carbon nitride and dispersant supported on a porous carrier surface, photocatalytic materials graphene, TiO2 nitride carbon supported nickel foam with excellent nitrogen oxide degradation rate. Compared with the traditional photocatalytic material, the preparation method is simple, efficient, mild conditions and low cost. The photocatalytic material of the graphene, TiO2 carbon nitride load of nickel foam with large specific surface area, adsorption ability, visible light response, and excellent performance of nitrogen oxide degradation, purification, such as in the air: air conditioning, fan, air purifier filter core components of core parts, environmental protection coating has a broad application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及室内空气净化领域，特别涉及一种石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料及其制备方法与应用。
技术介绍
近年来频出的空气污染，水污染及雾霾天气，特别是日益严重的室内空气污染，让人们切实感受到了以化石能源为基础的现代社会的发展弊端，也刺激了人们对环境净化和清洁能源技术的需求。在这一社会现状下，基于太阳能的光催化技术以其能耗低、来源稳定、环境友好等特点越来越受到人们的关注。光催化材料是光催化技术的基础，是实现光催化反应的前提。通过光催化反应实现太阳能到化学能的转化是研发光催化材料的目的，而从众多的光催化材料中筛选出针对某一污染物或光催化反应有效的光催化剂并准确评价其光催化性能是实现光催化材料从研发到应用的关键问题。基于国内外对于光催化材料的研究，特别是可见光型光催化材料的研究和应用，以可见光型材料为代表的光催化材料无疑成为研究的热门，因此以可见光型材料为代表的光催化材料负载到多孔材料上，并将其应用空气净化等多个领域具有巨大的实际应用意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于研究一套简易高效的石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料的制备方法。本专利技术的目的在于提供上述制备方法得到的石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料。本专利技术的目的在于提供所述的石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料在室内空气净化领域的应用。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料的制备方法，包含以下步骤：⑴基底泡沫镍的预处理：将泡沫镍依次用低浓度酸和去离子水浸泡冲洗，烘干干燥后待用；⑵光催化原料的制备：以含氮量量丰富的前驱体在马弗炉中高温烧制成粉体；⑶氮化碳分散溶液的制备：将氮化碳粉末与石墨烯、TiO2混合于有机溶剂中，超声分散后充分搅拌，即氮化碳分散溶液；⑷浸渍加热法制备石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料：将步骤⑴预处理所得泡沫镍浸泡于氮化碳分散溶液中，翻转多次浸渍，使其充分浸泡后烘干，即得石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料。步骤⑴所述泡沫镍尺寸大小为宽为20～200mm，长为50～400mm。步骤⑴所述泡沫镍通过如下具体步骤进行预处理：将泡沫镍置于低浓度酸中浸泡10～60min,再用清水冲洗2～3次，然后用去离子水冲洗2～3次，沥干水分后置于恒温干燥箱中烘干。步骤⑵所述的光催化原料的前驱体为氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素中的一种或多种混合物，烧制温度控制在450～600℃，烧制时间为30～90min。步骤⑶中所述的光催化剂原料氮化碳与所述石墨烯、TiO2按0.1～2g:1～60mg:1～80mg配比；步骤⑶中所述的分散剂TiO2为锐钛矿型、金红石型或者是商用P25中任意一种；步骤⑶中所述的有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮等有机溶液中任意一种或至少两种组合；步骤⑶中所述的超声分散时间为10～120min；步骤⑶中所述的充分搅拌时间为10～120min。步骤⑷所述的恒温烘干的温度为60～200℃。一种石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料，通过上述方法制备得到：其中，得到的光催化剂的负载量为质量百分比0.5～20.0％；所述的一种石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料在室内空气净化中的应用中具有优异的氮氧化物降解性能。一种高效光催化降解氮氧化物的方法，包括以下步骤：⑴将本专利技术所述的石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料安装于光催化反应器中；⑵将含有气体污染物NO的空气通入反应体系，其反应体系NO浓度范围为450～650ppb，经过一定时间的暗场吸附后，开启光源，进行可见光照射，评价材料的氮氧化物的光催化活性。三维多孔载体表面为催化反应提供合适的流体通道，为降解流体污染物提供更多的催化反应接触面积，从而得到优异的氮氧化物降解性能；所述氮氧化物降解装置为实验室自行搭建气路体系和进口高精度NO检测器，实时监测NO浓度变化，相对于标准测试方法，本专利技术采用检测方法灵敏度高，响应时间短。所述的气体污染物为NO，其初始浓度范围为450～650ppb；所述的空气流速为0.5～2.5L/min；所述NO流速为7.0～15.0mL/min；所述的可见光灯为金属卤钨灯，功率为150W。所述的高效光催化降解氮氧化物的方法，可以应用于净化室内空气污染领域，如空调、风扇过滤器的核心部件、空气净化器的核心部件、环保涂料等，具有广阔的应用潜力。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：本专利技术所制备光催化材料与传统光催化材料二氧化钛相比，首先，其在可见光范围具有良好的物理、化学性质以及优异的光催化性能；其次，整体式光催化材料基本构造由成型载体、涂层和活性组分三部分构成，这样的结构克服了传统粉体催化剂分布不均匀，催化剂床层各点温度梯度大等问题；再则，将光催化原料负载到多孔载体表面，利用其孔径和比表面积大，机械性能强的优点，不仅起到承载催化材料的作用，而且为催化反应提供合适的流体通道，为降解流体污染物提供更多的催化反应接触面积，并且具有足够的机械强度和较小的热膨胀系数，可以承受催化反应过程中的机械冲击。因此，所述石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料应用于空气净化和环保涂料中的优势远大于现在二氧化钛材料。本专利技术提供的高效光催化降解氮氧化物的方法采用实验室自行搭建气路体系和进口高精度NO检测器，实时监测NO浓度变化，检测所获得的降解效率为瞬时降解效率，相对于标准测试方法，其采用检测方法灵敏度高，响应时间短。实验结果表明，所述石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料在可见光下均具有较好光催化性能(可见光波长大于420nm)，在可见光下，NO降解效率均在65％以上，最高可达78％，且NO2生成量较低，而传统光催化材料二氧化钛在相同测试条件下并无催化作用。附图说明图1为所述光催化剂氮化碳的X射线衍射图。图2为所述光催化剂氮化碳的吸收光谱图。图3为应用实施例1所述氮化碳负载泡沫镍的光催化材料的氮氧化物降解曲线图。图4为应用实施例2所述石墨烯-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料的氮氧化物降解曲线图。图5为应用实施例2所述石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料的氮氧化物降解曲线图。图6为应用实施例4所述石墨烯-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料的氮氧化物降解曲线图。图7为应用实施例5所述石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料的氮氧化物降解曲线图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1⑴基底泡沫镍的预处理：将尺寸大小为150mm×300mm的泡沫镍置于浓度为1mol/L的稀硫酸中浸泡10min,再用清水冲洗3次，然后用去离子水冲洗3次，沥干水分后置于恒温干燥箱(温度为60℃)中烘干待用。⑵光催化原料的制备：以含氮量量丰富的前驱体尿素在马弗炉中(温度为600℃)高温烧制1h，呈淡黄色粉末态；⑶氮化碳分散溶液的制备：将光催化剂氮化碳粉末与有机溶剂无水乙醇按0.8：40(g：ml)混合，然后置于超声清洗仪中超声分散30min,然后充分搅拌10min后即得到氮化碳分散溶液；⑷浸渍加热法制备氮化碳负载泡沫镍的光催化材料：将步骤⑴预本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯、TiO2‑氮化碳负载泡沫镍的光催化材料及制备方法与应用，其特征在于，制备方法包括如下步骤：⑴基底泡沫镍的预处理：将泡沫镍依次用低浓度酸和去离子水浸泡清洗，烘干干燥后作为载体待用；⑵光催化原料氮化碳的制备：以含氮量丰富的前驱体在马弗炉中高温烧制成粉体；⑶氮化碳分散溶液的制备：将氮化碳粉末与分散剂石墨烯、TiO2混合于有机溶剂中，超声分散后充分搅拌，即氮化碳分散溶液；⑷浸渍加热法制备石墨烯、TiO2‑氮化碳负载泡沫镍的光催化材料：将步骤⑴预处理所得泡沫镍浸泡于氮化碳分散溶液中，翻转多次，使其充分浸泡后恒温烘干，即石墨烯、TiO2‑氮化碳负载泡沫镍的光催化材料。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料及制备方法与应用，其特征在于，制备方法包括如下步骤：⑴基底泡沫镍的预处理：将泡沫镍依次用低浓度酸和去离子水浸泡清洗，烘干干燥后作为载体待用；⑵光催化原料氮化碳的制备：以含氮量丰富的前驱体在马弗炉中高温烧制成粉体；⑶氮化碳分散溶液的制备：将氮化碳粉末与分散剂石墨烯、TiO2混合于有机溶剂中，超声分散后充分搅拌，即氮化碳分散溶液；⑷浸渍加热法制备石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料：将步骤⑴预处理所得泡沫镍浸泡于氮化碳分散溶液中，翻转多次，使其充分浸泡后恒温烘干，即石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料。2.根据权利要求1所述的石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料的制备方法，其特征在于：步骤⑴所述泡沫镍尺寸大小宽为20～200mm，长为50～400mm，通过如下具体步骤进行预处理：将泡沫镍置于低浓度酸中浸泡10～60min，再用清水冲洗2～3次，然后用去离子水冲洗2～3次，沥干水分后置于恒温干燥箱中烘干。3.根据权利要求1所述的石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料的制备方法，其特征在于：步骤⑵所述光催化原料的前驱体为氰胺、二氰二胺、三聚氰胺和尿素中的一种或几种混合，高温温度控制在450～600℃，高温时间为30～90min。4.根据权利要求1所述的石墨烯、TiO2-氮化碳负载泡沫镍的光催化材料的制备方法，其特征在于：步骤⑶中所述的光催化剂原料氮化碳与所述分散剂石墨烯、TiO2按0.1～2g:1～60mg:1～80mg配比；步骤⑶中所述的分散剂TiO2为锐钛矿型、金红石型或者是商用P25中任意一种；步骤⑶中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周莹，李伟，左一粟，李成金，吴宜达，张骞，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51