一种钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂的制备制造技术

本发明专利技术公开了一种钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂的制备方法及其在环境污染物治理领域的应用，属于材料制备及光催化研究领域。该催化剂的特点有：具有2维的形貌特征，由2维结构的类石墨烯碳三氮四片与钒酸锌纳米粒子复合而成。在制备光催化剂过程中，采用工艺简单的煅烧法合成出钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂。在钒酸锌和类石墨烯碳三氮四的共同作用下，钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂表现出高的光催化性能，推进了类石墨烯碳三氮四光催化剂的应用。

Preparation of graphene carbon three nitrogen four composite photocatalyst modified by zinc vanadate

The invention discloses a preparation method of zinc vanadate modified graphene-like carbon trinitrogen tetra-composite photocatalyst and its application in the field of environmental pollution control, belonging to the field of material preparation and photocatalytic research. The catalyst is characterized by two-dimensional morphology, which is composed of two-dimensional graphene-like carbon trinitride tetrads and zinc vanadate nanoparticles. In the preparation of photocatalyst, zinc vanadate modified graphene-like carbon trinitrogen tetra-composite photocatalyst was synthesized by calcination method. Under the joint action of zinc vanadate and graphene-like carbon trinitrogen tetrad, zinc vanadate modified graphene-like carbon trinitrogen tetrad composite photocatalyst exhibited high photocatalytic performance, which promoted the application of graphene-like carbon trinitrogen tetrad photocatalyst.

【技术实现步骤摘要】
一种钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂的制备
本专利技术属于材料的合成与光催化
，主要涉及一种钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂的制备及其光催化活性的研究。
技术介绍
随着工业化的发展，环境污染的问题变得越来越严重。如何解决环境污染问题，成了材料研究领域的热点。新型半导体光催化剂类石墨烯碳三氮四凭借其材料来源广泛，价格低廉，无生物毒性等优点成为光催化研究的热电材料之一。但是,类石墨烯碳三氮四催化剂也存在着一些缺陷，例如，其块状固体比表面积小，吸附性能低,并且具有高得光生电子-空穴复合速率，这些都阻碍了其进一步的发展与应用。在这种背景下,如何提高类石墨烯碳三氮四的光催化效率，成了类石墨烯碳三氮四光催化剂的研究重点。至今为止,已有多种方法被使用,如:元素掺杂、半导体复合等。但是,类石墨烯碳三氮四的光催化效率、稳定性以及在实际应用中的反复使用性仍难以满足实际应用的需要。近年来，利用其他材料与类石墨烯碳三氮四催化剂进行复合，制备复合光催化剂的研究取得了一定的进展，得到的类石墨烯碳三氮四基复合光催化剂在太阳光的照射下表现出良好的光催化活性。本专利技术利用钒酸锌与类石墨烯碳三氮四进行复合，形成钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂，有效地提高了类石墨烯碳三氮四的可见光催化活性。
技术实现思路
本专利技术的目的是制备出具有高的可见光利用率和高催化活性的类石墨烯碳三氮四基复合光催化剂，并且其催化循环稳定性高，推进类石墨烯碳三氮四的实际应用。为实现本专利技术目的采用如下技术方案：通过煅烧法，在类石墨烯碳三氮片上生长钒酸锌纳米粒子，最终制备出钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂。在钒酸锌的作用下，提高类石墨烯碳三氮四的可见光催化活性。一种钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂的制备，其特征步骤如下：（1）称取5g二氰二胺于坩埚中，置于管式炉中煅烧，得到类石墨烯碳三氮四；（2）称取一定量类石墨烯碳三氮四溶于50mL水中；（3）称取适量硫酸锌溶于(2)溶液中,搅拌均匀；（4）加入适量偏钒酸铵于上述溶液，搅拌2h；（5）将步骤（4）溶液进行离心洗涤，干燥后将粉末放入管式炉中；（6）在氮气保护的气氛下烧结，获得钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂。步骤(2)中类石墨烯碳三氮四的质量为0.5g，浓度为10g/L。步骤(3)中硫酸锌的质量为0.069g，浓度为1.38g/L。步骤(4)中偏钒酸铵的质量为0.0186g，浓度为0.372g/L。步骤(6)中煅烧温度为350℃，反应时间为2h。步骤(4)中的离心清洗过程为先用乙醇清洗4次，再用去离子水清洗2次，离心速率8000rpm，时间6min。所述一种钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂用于水溶液中有机污染物的可见光催化降解。目标污染物为亚甲基蓝。本专利技术具有如下优点：1.本专利技术制备方法采用的是煅烧法制备出一种钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂，经透射电镜可发现该材料是由g-C3N4片负载钒酸锌纳米粒子复合而成；2.本专利技术中的钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂具有良好的光催化活性，其催化活性在g-C3N4单体的基础上有了显著的提升。经过90min人造可见光源的照射下降解亚甲基蓝染料，降解率达到90%，是类石墨烯碳三氮四光催化活性的2倍。附图说明图1为钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂的透射电镜图。图2为钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂的光催化降解图。具体实施方式一种钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂的制备，其特征步骤如下：（1）称取5g二氰二胺于坩埚中，置于管式炉中煅烧，得到类石墨烯碳三氮四；（2）称取一定量类石墨烯碳三氮四溶于50mL水中；（3）称取适量硫酸锌溶于(2)溶液中,搅拌均匀；（4）加入适量偏钒酸铵于上述溶液，搅拌2h；（5）将步骤（4）溶液进行离心洗涤，干燥后将粉末放入管式炉中；（6）在氮气保护的气氛下烧结，获得钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂。步骤(2)中类石墨烯碳三氮四的质量为0.5g，浓度为10g/L。步骤(3)中硫酸锌的质量为0.069g，浓度为1.38g/L。步骤(4)中偏钒酸铵的质量为0.0186g，浓度为0.372g/L。步骤(6)中煅烧温度为350℃，反应时间为2h。步骤(4)中的离心清洗过程为先用乙醇清洗4次，再用去离子水清洗2次，离心速率8000rpm，时间6min。所述一种钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂用于水溶液中有机污染物的可见光催化降解。下面例举实施例子制备钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂。实施案例1钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂的制备。称取5g的二氰二胺粉体与坩埚中，放入高温管式炉中，以5℃/min的升温速率加热到550℃，保温4h，最终得到g-C3N4黄色粉体。取0.5gg-C3N4，溶于50mL去离子水中，搅拌均匀；称量0.069g硫酸锌于溶液中，搅拌均匀；接着加入0.0186g偏钒酸铵，继续磁力搅拌；反应完成后，离心洗涤，先用乙醇清洗4次，在用水洗2次，离心速度为8000rpm，时间为6min。最后烘箱中60℃干燥。将得到的粉末置于管式炉中，在氮气的保护下以5℃/min的升温速率加热到350℃，保温2h，最终得到钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂。实施案例2钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂在可见光照射下降解亚甲基蓝。按实施案例1方法制得的钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂进行降解亚甲基蓝实验。亚甲基蓝溶液的浓度是2×10-5molL-1；取复合材料粉体50mg，置于100mL上述亚甲基蓝溶液中，在暗室中搅拌60分钟，然后将溶液置于紫外光被过滤掉的可见光源中，每10分钟取5mL亚甲基蓝溶液，用紫外-可见分光光度计测出溶液中亚甲基蓝的特征峰值。按实施案例2得到钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂可见光降解亚甲基蓝的降解曲线，见图2。从图2可以看出实施案例1制备的复合材料粉体在光照90min后催化降解达到90%，表现出高的催化活性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂的制备，其特征包括以下步骤：（1）称取5g二氰二胺于坩埚中，置于管式炉中煅烧，得到类石墨烯碳三氮四；（2）称取一定量类石墨烯碳三氮四溶于50 mL水中；（3）称取适量硫酸锌溶于(2)溶液中,搅拌均匀；（4）加入适量偏钒酸铵于上述溶液，搅拌2h；（5）将步骤（4）溶液进行离心洗涤，干燥后将粉末放入管式炉中；（6）在氮气保护的气氛下烧结，获得钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂的制备，其特征包括以下步骤：（1）称取5g二氰二胺于坩埚中，置于管式炉中煅烧，得到类石墨烯碳三氮四；（2）称取一定量类石墨烯碳三氮四溶于50mL水中；（3）称取适量硫酸锌溶于(2)溶液中,搅拌均匀；（4）加入适量偏钒酸铵于上述溶液，搅拌2h；（5）将步骤（4）溶液进行离心洗涤，干燥后将粉末放入管式炉中；（6）在氮气保护的气氛下烧结，获得钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂。2.根据权利要求1一种钒酸锌改性类石墨烯碳三氮四复合光催化剂的制备，其特征在于步骤（2）中类石墨烯碳三氮四质量为0.5g，浓度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张松利，马开梅，梁智萍，
申请(专利权)人：兴化市精密铸锻造产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32