一种新颖光催化剂Ag/g‑C3N4B及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种光催化剂Ag/g‑C3N4B的制备方法，以含氮有机物和硼源的水溶液作为前驱体，在水浴中干燥，焙烧制得g‑C3N4B，将g‑C3N4B与银盐溶液反应制得Ag/g‑C3N4B,并通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT‑IR)、荧光光谱(PL)、紫外可见漫反射光谱(UV)、激光粒度仪等对Ag/g‑C3N4B进行了表征,本发明专利技术还涉及所制得的催化剂的应用，以甲基橙为光催化反应的模型化合物，评价了其光催化活性。

A novel Ag/g C3N4B photocatalyst and its preparation and Application

The invention relates to a preparation method of a photocatalyst Ag/g C3N4B, using aqueous solution of organic compounds containing nitrogen and boron sources as precursor, water bath drying, roasting g C3N4B, G C3N4B reaction and silver solution prepared Ag/g C3N4B, and by X ray diffraction (XRD) Fourier transform infrared spectroscopy (FT IR), fluorescence spectroscopy (PL), UV Vis diffuse reflectance spectroscopy (UV) and Ag/g C3N4B were characterized by laser particle size analyzer, the application of the invention also relates to the catalyst prepared by the model compounds using methyl orange photocatalytic reaction and its evaluation photocatalytic activity.

【技术实现步骤摘要】
一种新颖光催化剂Ag/g-C3N4B及其制备和应用
本专利技术涉及一种治理染料废水污染的新颖复合光催化剂及其制备方法，属于光催化领域。
技术介绍
g-C3N4以其光催化活性较高、稳定性好、原料价格便宜、尤其是不含金属这一突出优点，使它成为一种新型的光催化材料，然而，单一相催化剂通常因量子效率低而使其光催化性能表现不够理想。因g-C3N4材料光生电子－空穴复合率较高，导致其催化效率较低,从而限制了它在光催化方面的应用。为了提高g-C3N4的催化活性，最近几年来，人们研究了很多改性方法。对g-C3N4进行改性的非金属元素包括S、N、C、B、F、P、B等，一般认为这些非金属元素取代了3-s-三嗪结构单元中的C、N、H元素，从而形成g-C3N4晶格缺陷使得光生电子-空穴对得到有效分离，有效提高其光催化性能。金属元素掺杂也是改变g-C3N4电子能带结构的重要手段。但到目前为止，有关Ag+掺杂g-C3N4B光催化剂方面性能研究却未见报道。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术人经过研究，以含氮有机物和硼源的水溶液作为前驱体，加热挥发溶剂后将固体干燥，煅烧制得g-C3N4B，再将其与银盐溶液反应后处理后，制得Ag/g-C3N4B复合光催化剂，从而完成了本专利技术。本专利技术的内容包括以下方面：第一方面，本专利技术提供了一种制备光催化剂Ag/g-C3N4B复合物的方法，该方法包括以下步骤：(1)将含氮有机物和硼源溶于水，加热蒸发至析出白色固体；(2)将固体烘干，任选进行粉碎，然后煅烧，制得g-C3N4B；(3)将g-C3N4B、蒸馏水、银盐溶液和甲醇混合，进行反应，经后处理，最终制得Ag/g-C3N4B。第二方面，本专利技术还提供根据上述方法制得的光催化剂或其应用，所述光催化剂为Ag/g-C3N4B，Ag与g-C3N4B质量比率为0.5％～1.7％，激发波长为369nm左右时，其光致发光光谱在450nm处存在吸收峰；可用于降解有机污染物，特别是染料污水，尤其是降解偶氮苯类染料。附图说明图1示出催化剂样品X射线衍射图；图2示出催化剂光致发光光谱图；图3示出催化剂红外光谱图；图4示出紫外-可见漫反射光谱图；图5(1)示出催化剂(g-C3N4)粒度的测定；图5(2)示出催化剂(g-C3N4B)粒度的测定；图5(3)示出催化剂(Agt.％＝1.073％的Ag/g-C3N4B)粒度的测定；图6(1)示出为光催化剂降解甲基橙的可见光催化活性柱状图；图6(2)示出为光催化剂降解甲基橙的可见光催化活性图。具体实施方式一种复合光催化剂Ag/g-C3N4B的制备方法，该方法包括以下步骤：步骤(1)、将含氮有机物和硼源溶于水，加热蒸发至析出白色固体。在本专利技术中，所述含氮有机物选自单氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素和盐酸胍，优选为尿素。本专利技术人发现，使用碳氮比为1:3～3:1的小分子量的含氮有机物作为原料，优选使用碳氮比为1:2的小分子量含氮有机物作为原料，在300℃～800℃环境中焙烧后能够制得网状结构的g-C3N4，如单氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素、盐酸胍等，优选为尿素。在本专利技术中，所述硼源为水溶性硼源，优选为四苯硼钠。四苯硼钠便宜易得，可与含氮有机物共同溶于水。研究表明化学掺杂改性能很好地改变g-C3N4的电子结构，从而改善其光催化性能。B杂原子的引入使g-C3N4的电子电势重新分配，氧化还原位点分离，催化性能明显提高。杂原子的引入必然引起电子在整个网络中的不均匀导致电子结构的改变，带隙降低，从而提高了g-C3N4的光催化性能。在本专利技术中，含氮有机物、四苯硼钠和水的量比为10.0000g：10.0mg：20.00mL，含氮有机物和四苯硼钠在水中溶解后再同时析出，达到完全的混合，从而使产物的结构更均匀。在本专利技术中，含氮有机物和硼源溶液在恒温水浴锅加热下蒸发水，加热温度为70～90℃，优选为80.0℃。加热可以加快水的蒸发，利于固体的快速析出。当加热温度小于70℃时，水蒸发较慢，用时间过长；当温度大于90℃时温度太高，水蒸发较快，析出的白色固体晶体结构不均匀。步骤(2)、将固体烘干，任选进行粉碎，然后煅烧，制得g-C3N4B。在本专利技术中，将白色固体在烘箱中烘干，烘箱温度为70～90℃，优选为80.0℃。干燥时间为18～30h，优选为24h。将干燥得到的物质进行粉碎，对粉碎的方法不做特别限定，可以选择现有粉碎方法中的任意一种，比如研磨。本专利技术人发现，对干燥得到的物质进行研磨粉碎，有利于后续反应的充分进行，煅烧得到的产物更均匀性能更稳定。在本专利技术的一个优选实施方案中，选择在密闭条件下对原料进行的焙烧，避免原料与氧气过分接触，从而减少原料完全氧化而带来的原料损失。科研人员至今还没发现天然的g-C3N4晶体结构，所以对他的研究应用需要实验室合成。目前常用的合成方法有：高温高压法、沉积法、溶剂热法和热聚合法等。由于热聚合法可以方便地通过加入其它物质或改变反应条件调节g-C3N4晶体结构，从而提高g-C3N4的光催化性能，目前常用热聚合法煅烧合成。在本专利技术中，所述煅烧在300～800℃条件下进行，优选为500～600℃，更优选为550.0℃。在本专利技术煅烧过程中，选择升温速率为10～30℃·min-1，优选为15～25℃·min-1，如20℃·min-1。本专利技术人发现，当升温速率大于30℃·min-1时，制得的产物形貌不均匀；当升温速率低于10℃·min-1时，反应时间过长，且有副产物产生。在本专利技术中，选择煅烧时间为1～3小时，优选为1.5～2.5小时，如2小时。当煅烧时间小于1小时时，煅烧时间过短，反应不充分，反应体系中尚有未反应完全的原料残余；当煅烧时间大于3小时后，原料已经充分反应，体系中的产物不再明显增多，继续延长煅烧时间只能造成能源的浪费和时间成本的增加。研究发现实验室制得的g-C3N4，实际上是线性高分子链的不完全交联产物。在加热过程中，尿素首先经脱氨缩合形成线性高分子链，然后进一步交联线性链聚合反应得到硼掺杂的g-C3N4。将制得的物质进行降温冷却，本专利技术对降温冷却的方法不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种能将固体冷却的方法，如自然冷却法、人工冷却法等，优选为自然冷却法。步骤(3)、将g-C3N4B、蒸馏水、银盐溶液和甲醇混合，进行反应，经后处理，最终制得Ag/g-C3N4B。本专利技术人发现在g-C3N4B的结构中存在大量氮孔且杂化轨道上未成键的电子填充在氮孔中，故g-C3N4B是一种很好地宿主材料，银离子可以进入氮孔与未成对电子结合，形成金属掺杂，经掺杂后样品表现出优异的性能。本专利技术中，所述银盐为水溶性银盐，优选为硝酸银。加入g-C3N4B和银盐溶液的比为1.0000g:0.05～0.15mmol(浓度为0.0100mol/L)。反应选择在黑暗条件下混合，是由于银离子在光照下不稳定，而当掺杂入半导体材料中之后，其催化活性和稳定性都有提高。本专利技术对混合的方式不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种，如机械搅拌、超声振荡、磁力搅拌等，优选使用磁力搅拌方法。磁力搅拌时间选择20～40min，优选为30min。在本专利技术中，黑暗条件混合，混合后进行反应，所述反应为光照下进行反应，所述光照为紫外光照，光照搅拌反应时间为3.0～7.0h，优选为5.0h。所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光催化剂Ag/g‑C3N4B的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将含氮有机物和硼源溶于水，加热蒸发至析出白色固体；(2)将固体烘干，任选进行粉碎，然后煅烧，制得g‑C3N4B；(3)将g‑C3N4B、蒸馏水、银盐溶液和甲醇混合，进行反应，经后处理，最终制得Ag/g‑C3N4B。

【技术特征摘要】
1.一种光催化剂Ag/g-C3N4B的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将含氮有机物和硼源溶于水，加热蒸发至析出白色固体；(2)将固体烘干，任选进行粉碎，然后煅烧，制得g-C3N4B；(3)将g-C3N4B、蒸馏水、银盐溶液和甲醇混合，进行反应，经后处理，最终制得Ag/g-C3N4B。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含氮有机物选自单氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素和盐酸胍，优选为尿素。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述硼源为水溶性硼源，优选为四苯硼钠，优选地，含氮有机物、四苯硼钠和水的量比为10.0000g：10.0mg：20.00mL。4.根据权利要求1～3之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，含氮有机物和硼源溶液在恒温水浴锅加热下蒸发，加热温度为70～90℃，优选为80.0℃。5.根据权利要求1～4之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在烘箱中将白色固体烘干，烘箱温度为70～90℃，优选为80.0℃；干燥时间为18～30h，优选为24h。6.根据权利要求1～5之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，煅烧温度为300～800℃，优选为500～600℃，更优选为550.0℃；...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔玉民，李慧泉，师瑞娟，苗慧，
申请(专利权)人：阜阳师范学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34