本发明专利技术涉及具有高可见光催化活性和吸附特性的凹凸棒土/石墨相氮化碳‑纳米铂/聚苯胺复合材料的原位制备方法。通过接枝、原位包覆工艺，制备石墨相氮化碳薄层包覆的凹土材料（ATP/g‑C3N4），再用原位还原法将纳米铂负载于ATP/g‑C3N4的层间及表面，获得ATP/g‑C3N4‑Pt复合材料，最后利用纳米铂引发苯胺单体原位聚合，获得凹凸棒土/石墨相氮化碳‑纳米铂/聚苯胺复合材料（ATP/g‑C3N4‑Pt/PANI）。该复合材料由于组分间存在化学键合作用实现牢固负载，组分间协同作用得以充分发挥，且分散性好，使该材料具有优异的吸附性能和光催化特性，在水污染治理及相关领域具有较好的应用前景和经济效益。
【技术实现步骤摘要】
一种通过原位工艺制备凹凸棒土/石墨相氮化碳-纳米铂/聚苯胺复合材料的方法
本专利技术属于复合功能材料领域，尤其涉及一种具有高可见光催化活性和吸附特性的凹凸棒土/石墨相氮化碳-纳米铂/聚苯胺（ATP/g-C3N4-Pt/PANI）复合材料的原位制备方法。
技术介绍
目前人类面临煤、石油等能源日趋枯竭的危机，寻求更经济高效的污染控制技术是目前环境领域的重要课题。半导体光催化技术因其具有能够直接利用太阳能作为激发光源来驱动反应、氧化能力强、反应条件温和以及无二次污染等特性，被认为是最具有广阔应用前景的技术之一。目前，广泛使用的催化剂如TiO2等，存在明显局限，如宽带隙使得太阳光的利用率低、光生电子-空穴对的复合率高，因此，寻找更高效，对可见光响应更广泛的光催化剂成为全世界光催化剂研究人员关注的重点。Wang等在2009年首次报道了新型非金属半导体材料类石墨相氮化碳（g-C3N4）因其具有可见光响应（禁带宽度Eg为2.7eV）、制备工艺简单、原料便宜易得，环境友好、光催化活性高等特点，可以在可见光下催化降解污染物、分解水制氢制氧及有机合成，这一发现使得g-C3N4迅速成为光催化领域的研究热点。然而单纯的g-C3N4由于颗粒尺寸大，比表面积小，在载流子运输过程中光生电子和空穴极易复合，导致其光催化性能受到了一定限制。通过贵金属（如：Au、Ag、Pt等）沉积，使得光催化剂的表面性质发生改变进而改善其光催化性能。BoChai等采用光分解沉积和焙烧制备了Au/Pt/g-C3N4,复合材料，其在可见光下对盐酸四环素的降解率达93%，这是通过提高g-C3N4所产生的光生载流子的分离效率来提高光催化性能，但其比表面和循环性能需进一步提高。凹凸棒石黏土(Attapulgite)简称凹土，是一种层链状晶体结构的镁铝硅酸盐粘土矿物，具有独特的纤维状晶体结构和发达的内外比表面积，其化学稳定性好、吸附能力强使之可以作为优良的催化剂载体。由于其表面富含羟基和明显的负电性，因此以其为载体通过原位接枝工艺，将g-C3N4薄层通过化学键合作用牢固负载与其表面，将大幅度提高g-C3N4的比表面积；同时由于形成g-C3N4薄层，将缩短电子-空穴的扩散距离，提高光生载流子的密度。为进一步提高的光电子效率，复合导电聚合物是一种重要的研究思路。在众多的导电聚合物中，聚苯胺(PANI)因其具有较高的电导率、可见光吸收系数和良好的载流子迁移率且价格便宜、合成工艺简单、化学及环境稳定性好等特点，有望在光催化、传感和太阳能转换等各领域得到了更加广泛的研究和开发,成为目前最有希望获得实际应用的导电聚合物。将PANI和g-C3N4复合，可以明显增强材料的光催化性能。但聚苯胺的传统合成方法为氧化聚合法，副反应多，组成不确定。
技术实现思路
为解决上述的技术问题，本专利通过在凹土表面原位负载g-C3N4薄层，再将纳米Pt原位沉积于其层间或其表面，利用纳米Pt催化苯胺原位聚合，获得ATP/g-C3N4-Pt/PANI复合材料。本专利技术提供一种具有高可见光催化活性和吸附特性的凹凸棒土/石墨相氮化碳-纳米铂/聚苯胺（ATP/g-C3N4-Pt/PANI）复合材料的原位制备方法。以原位制备的ATP/g-C3N4薄层材料为基体，通过化学还原法将Pt沉积在ATP/g-C3N4薄层及其层间，随后在酸性条件下利用自制的纳米金属Pt微粒催化苯胺无电聚合,获得高效、稳定的ATP/g-C3N4-Pt/PANI复合材料。本专利技术的第一个方面，提供了：一种凹凸棒土/石墨相氮化碳-纳米铂/聚苯胺复合材料，是以负载了g-C3N4薄层凹凸棒土作为载体，在载体的表面还沉积有Pt，在Pt的表面还覆有聚苯胺层。在一个实施方式中，凹凸棒土的纤维长度为500～2000nm，直径为30～70nm。在一个实施方式中，Pt在载体上沉积的质量分数为1～5%。本专利技术的第一个方面，提供了：上述的凹凸棒土/石墨相氮化碳-纳米铂/聚苯胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：第1步，ATP/g-C3N4薄层材料制备：将硅烷偶联剂改性处理后的凹凸棒土和三聚氰胺分散在水中，回流反应，干燥之后进行研磨，焙烧后得到ATP/g-C3N4薄层材料；第2步，Pt在ATP/g-C3N4薄层材料上的负载：ATP/g-C3N4薄层材料分散在水中，加入H2PtCl6溶液，再加入NaBH4溶液进行反应，使在ATP/g-C3N4薄层材料表面生成Pt层，经过洗涤、干燥后，得到负载Pt的ATP/g-C3N4薄层材料；第3步，Pt催化苯胺聚合：将负载Pt的ATP/g-C3N4薄层材料和苯胺在硫酸溶液中进行聚合反应，经过洗涤、干燥后，得到凹凸棒土/石墨相氮化碳-纳米铂/聚苯胺复合材料。在一个实施方式中，所述的第1步中，硅烷偶联剂改性处理后的凹凸棒土与三聚氰胺的质量比为1：1～3；硅烷偶联剂改性处理后的凹凸棒土与水的重量比是1：50～100。在一个实施方式中，所述的第1步中，回流反应条件是在80～100℃冷凝回流2～6h；冷冻干燥时间是12～36h；焙烧温度是500～550℃。在一个实施方式中，所述的第2步中，H2PtCl6溶液的加入量是ATP/g-C3N4薄层材料的2%～10%，NaBH4溶液的加入量是ATP/g-C3N4薄层材料的6%～6.3%；H2PtCl6溶液的浓度为0.005～0.02g/mL，NaBH4溶液的浓度为0.01～0.05g/mL。在一个实施方式中，所述的第2步中，H2PtCl6溶液与NaBH4溶液的体积比为0.9～1.1:1。在一个实施方式中，所述的第3步中，负载Pt的ATP/g-C3N4薄层材料、苯胺、硫酸溶液的用量比是0.4g：1～4mL：90～110mL；硫酸溶液的浓度是0.4～0.8mol/L。本专利技术的第三个方面，提供了：上述的凹凸棒土/石墨相氮化碳-纳米铂/聚苯胺复合材料在光催化降解有机物中的应用。本专利技术的第四个方面，提供了：上述的凹凸棒土/石墨相氮化碳-纳米铂/聚苯胺复合材料在吸附有机物中的应用。本专利技术的第五个方面，提供了：Pt在提高负载了聚苯胺的g-C3N4薄层凹凸棒土的光催化效果中的应用。本专利技术的第六个方面，提供了：ATP/g-C3N4在作为聚苯胺复合材料的载体中的应用。有益效果本专利技术具有以下优点：1、合成的ATP/g-C3N4-Pt/PANI复合材料由于存在化学键合作用，包覆效果好，分散均匀；2、ATP/g-C3N4-Pt/PANI复合材料具有优异的光催化性能，且具有较大吸附性能；3、合成过程中为原位合成工艺，效率高、无环境污染。附图说明图1为不同复合材料的XRD谱图，g-C3N4；ATP；ATP/g-C3N4；ATP/g-C3N4-Pt/PANI-3。其中(◆)g-C3N4，(☆)ATP，(▲)PANI。图2为不同材料的FT-IR谱图，ATP；ATP/g-C3N4；ATP/g-C3N4-Pt/PANI-3；PANI；g-C3N4。图3（1）是不同材料的全谱分析XPS谱图。图3（2）是不同材料的C1s的XPS谱图。图3（3）是不同材料的N1s的XPS谱图。图3（4）是不同材料的O1s的XPS谱图。图3（5）是不同材料的Si2p的XPS谱图。图4为不同材料的对甲基橙吸附容量。图5（1）为不同材料降解20mg/L甲基橙光催化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种凹凸棒土/石墨相氮化碳‑纳米铂/聚苯胺复合材料，其特征在于，是以负载了g‑C3N4薄层凹凸棒土作为载体，在载体的表面还沉积有Pt，在Pt的表面还覆有聚苯胺层。
【技术特征摘要】
1.一种凹凸棒土/石墨相氮化碳-纳米铂/聚苯胺复合材料，其特征在于，是以负载了g-C3N4薄层凹凸棒土作为载体，在载体的表面还沉积有Pt，在Pt的表面还覆有聚苯胺层。2.根据权利要求1所述的凹凸棒土/石墨相氮化碳-纳米铂/聚苯胺复合材料，其特征在于，凹凸棒土的纤维长度为500～2000nm，直径为30～70nm；Pt在载体上沉积的质量分数为1～5%。3.权利要求1～2任一项所述的凹凸棒土/石墨相氮化碳-纳米铂/聚苯胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步，ATP/g-C3N4薄层材料制备：将硅烷偶联剂改性处理后的凹凸棒土和三聚氰胺分散在水中，回流反应，干燥之后进行研磨，焙烧后得到ATP/g-C3N4薄层材料；第2步，Pt在ATP/g-C3N4薄层材料上的负载：ATP/g-C3N4薄层材料分散在水中，加入H2PtCl6溶液，再加入NaBH4溶液进行反应，使在ATP/g-C3N4薄层材料表面生成Pt层，经过洗涤、干燥后，得到负载Pt的ATP/g-C3N4薄层材料；第3步，Pt催化苯胺聚合：将负载Pt的ATP/g-C3N4薄层材料和苯胺在硫酸溶液中进行聚合反应，经过洗涤、干燥后，得到凹凸棒土/石墨相氮化碳-纳米铂/聚苯胺复合材料。4.根据权利要求3所述的凹凸棒土/石墨相氮化碳-纳米铂/聚苯胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述的第1步中，硅烷偶联剂改性处理后的凹凸棒土与三聚氰胺的质量比为1：1...
【专利技术属性】
技术研发人员：张莉莉，许永帅，殷竟洲，程志鹏，仲慧，周守勇，赵宜江，付永胜，汪信，
申请(专利权)人：淮阴师范学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。