一种钾掺杂氮化碳光催化剂的制备方法和应用技术

一种钾掺杂氮化碳光催化剂的制备方法和应用。该方法包括如下步骤：将氯化铵、双氰胺和硝酸钾混合，升温至500～600℃后保温3～6小时；煅烧结束后自然冷却至室温，即可得上述钾掺杂氮化碳光催化剂。所述的钾掺杂氮化碳光催化剂用于光催化分解有机物。本发明专利技术制得的光催化剂有较大的层间距和比表面积，具有优异的光催化活性，在对有机物的降解实验中，其降解效率是单纯氮化碳的两倍之多，并且简单可行，对实验设施的要求较低，可以最大程度节约制备成本。

【技术实现步骤摘要】
一种钾掺杂氮化碳光催化剂的制备方法和应用
：本专利技术涉及一种钾掺杂氮化碳光催化剂及其制备方法和应用，属于催化

技术介绍
：近年来，伴随着城市化和工业化进程的发展，传统化石燃料的消耗量日益增加，地球能源存储量急剧下降，能源短缺的问题已经引起了人类的广泛关注。此外，由燃烧化石燃料以及其他工业废弃物的处理引发的环境污染问题也日益突出，严重影响了我们的日常生活，威胁到人类社会的可持续发展。基于此，寻求一种绿色环保，可再生的能源已迫在眉睫。太阳能作为一种储量无限的清洁能源，其开发和利用成为目前科研工作者的研究热点。光催化剂可以在太阳光的照射下，在光子的激发下，电子由价带跃迁至导带形成电子-空穴对，通过一系列的氧化还原反应对有机污染物进行降解。整个反应过程只需太阳光照，无需提供外加能源，是二十一世纪环境污染治理的发展方向和趋势。氮化碳因其合适的禁带宽度，可以吸收可见光(在太阳光中占大部分的光线)，是一类具有代表性的半导体光催化剂。然而由于光生载流子的寿命短，复合率高等缺陷，限制了氮化碳的光催化活性，因此需要对氮化碳进行改性处理以进一步提高反应活性。已有研究表明，对半导体光催化剂进行碱金属掺杂处理可以提高界面电荷的传导能力，抑制光生电子-空穴对的复合，达到提高光催化活性的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对当前技术存在的不足，提供一种钾掺杂氮化碳光催化剂的制备方法，该方法在氮化碳的前驱体里加入硝酸钾和氯化铵，直接制得钾掺杂的氮化碳光催化剂。制得的光催化剂有较大的层间距和比表面积，具有优异的光催化活性，在对有机物的降解实验中，其降解效率是单纯氮化碳的两倍之多。本专利技术简单可行，对实验设施的要求较低，可以最大程度节约制备成本，有很大的发展潜力。本专利技术的技术方案为：一种钾掺杂氮化碳光催化剂的制备方法，包括如下步骤：(a)将氯化铵和双氰胺混合，得到第一混合物；其中，质量比为氯化铵：双氰胺＝0.2～1：1；(b)再将硝酸钾与步骤(a)中得到的第一混合物混合，得到第二混合物；其中，质量比为硝酸钾：步骤(a)中混合物＝0.001～0.02：1；(c)将步骤(b)中得到的第二混合物置于马弗炉或管式炉中在空气中进行煅烧处理，升温速率为3～5℃/min，升温至500～600℃后保温3～6小时；(d)煅烧结束后自然冷却至室温，即可得上述钾掺杂氮化碳光催化剂。所述的钾掺杂氮化碳光催化剂的应用，用于光催化分解有机物。包括以下步骤：向有机物染料溶液中加入所述的光催化剂，在光照或暗态下搅拌1-3小时，完成降解。所述的有机物染料优选为甲基橙。本专利技术的有益效果为：在本专利技术中，通过简单的一步法直接制备了具有钾掺杂的氮化碳光催化剂，同时通过加入氯化铵使氮化碳的层间距变大，比表面积显著增加，从而增加了光催化反应中的活性位点，达到提高光催化活性的目的。在可见光照射下，实验中模拟工业印染废水的甲基橙溶液两小时降解率就可达到90％以上。附图说明图1是实施例1～3中制得的钾掺杂氮化碳光催化剂和对比例1～2中制备的样品对甲基橙染料试剂进行光催化降解的结果。具体实施方式以下结合具体实施例和附图来进一步说明本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本专利技术所用试剂和材料均为市购。实施例1：取2g氯化铵，10g双氰胺混合，然后再加入0.05g硝酸钾，混合均匀，然后置于马弗炉中进行煅烧处理，升温速率为5℃/min，升至550℃后保温4小时，自然冷却至室温，得到所述钾掺杂氮化碳光催化剂。实施例2：取5g氯化铵，10g双氰胺，和0.1g硝酸钾混合均匀，置于马弗炉中进行煅烧处理，升温速率为5℃/min，升至600℃后保温4小时，自然冷却至室温，得到所述钾掺杂氮化碳光催化剂。实施例3：取5g氯化铵，10g双氰胺，和0.15g硝酸钾混合均匀，置于马弗炉中进行煅烧处理，升温速率为3℃/min，升至550℃后保温5小时，自然冷却至室温，得到所述钾掺杂氮化碳光催化剂。对比例1：(参数和实施例1完全相同，唯一改变的是不加氯化铵和硝酸钾)取10g双氰胺置于马弗炉中进行煅烧处理，升温速率为5℃/min，升至550℃后保温4小时，自然冷却至室温，得到单纯氮化碳光催化剂。对比例2：(参数和实施例1完全相同，唯一改变的是不加氯化铵)取10g双氰胺和0.05g硝酸钾混合均匀，置于马弗炉中进行煅烧处理，升温速率为5℃/min，升至550℃后保温4小时，自然冷却至室温，得到钾掺杂氮化碳光催化剂。通过测量(对样品进行N2吸附脱附处理，利用BrunauerEmmettTeller，即BET公式计算样品的分子层体积，从而求出比表面，本专利技术中使用的是美国康塔仪器公司QuadrasorbSI自动吸附仪)所得样品的比表面积，对比例1中单纯氮化碳的比表面积为18m2/g，对比例2中样品的比表面积为23.6m2/g，实施例1中样品的比表面为79m2/g。可以看出单纯氮化碳(对比例1)在可见光下对甲基橙有光催化降解的活性，在对其进行钾掺杂处理后(对比例2)光催化活性有了显著提升，在制备过程中加入氯化铵进一步增大比表面积后(实施例1-3)，其光催化活性到达最大值，在可见光照射下，甲基橙溶液两小时就可以降解至5％以下。光催化降解的测试条件为：配制浓度为10mg/L的甲基橙溶液，模拟工业印染废水。向光催化反应器中加入150mL染料溶液后，再加入0.1g制备的光催化剂，整个反应过程使用磁力搅拌持续搅拌。暗反应过程是将反应体系置于暗室中，吸附30min保证光催化反应体系达到吸附平衡；光催化过程使用氙灯模拟太阳光进行照射。每10min(暗反应)或20min(光催化过程)取一次溶液进行检测，离心后在紫外-可见分光光度计中测量溶液的吸光度，用来衡量其降解程度。本专利技术未尽事宜为公知技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钾掺杂氮化碳光催化剂的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：(a)将氯化铵和双氰胺混合，得到第一混合物；其中，质量比为氯化铵：双氰胺＝0.2～1：1；(b)再将硝酸钾与步骤(a)中得到的第一混合物混合，得到第二混合物；其中，质量比为硝酸钾：步骤(a)中混合物＝0.001～0.02：1；(c)将步骤(b)中得到的第二混合物置于马弗炉或管式炉中在空气中进行煅烧处理，升温速率为3～5℃/min，升温至500～600℃后保温3～6小时；(d)煅烧结束后自然冷却至室温，即可得上述钾掺杂氮化碳光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种钾掺杂氮化碳光催化剂的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：(a)将氯化铵和双氰胺混合，得到第一混合物；其中，质量比为氯化铵：双氰胺＝0.2～1：1；(b)再将硝酸钾与步骤(a)中得到的第一混合物混合，得到第二混合物；其中，质量比为硝酸钾：步骤(a)中混合物＝0.001～0.02：1；(c)将步骤(b)中得到的第二混合物置于马弗炉或管式炉中在空气中进行煅烧处理，升温速率为3～5℃/min，升温至5...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志鸿，王新，马歌，吕海钦，
申请(专利权)人：肇庆市华师大光电产业研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44