一种具有吸附和光催化双功能的催化剂及其合成和应用方法，它涉及光催化剂及其制备方法及应用。它是要解决现有的处理重金属六价铬和染料的催化剂功能单一的技术问题，本发明专利技术的催化剂由四氧化三钴、石墨相氮化碳和氧化石墨烯复合而成。制法：一、制备氧化石墨烯；二、将氧化石墨烯分散液、氮化碳分散液和N,N‑2‑甲基吡咯烷酮超声混合均匀，再加入乙酸、CTAB、硝酸钴和硫脲，经搅拌得到前驱液；前驱液经水热反应，得到具有吸附和光催化双功能的催化剂。应用：将含有六价铬和甲基蓝的待处理污水的pH调节至2～6，然后加入催化剂，在自然光或氙灯下照射，就可完成污水的处理。可用于含有重金属铬和/或染料的污水的处理领域。
【技术实现步骤摘要】
一种具有吸附和光催化双功能的催化剂及其合成和应用方法
本专利技术涉及光催化剂及其制备方法和应用，属于污水处理领域。
技术介绍
“水是生命之源”，然而近年来，随着工农业的飞速发展，染料和铬盐的大量使用已经严重威胁到人类的健康，其所造成的环境问题逐渐引起人们的关注。对于水中含有的染料和重金属，目前已有许多种方法可以使用，如吸附、光催化、离子交换、膜分离等，但它们也都存在一些不足之处，如：吸附只是将目标污染物进行了转移，离子交换和膜分离成本较高，不适应于工业上污水的大量处理。相反，光催化是处理污水的一种新颖且环保的新方法。然而，目前就重金属六价铬和染料进行处理的催化剂只有在光照条件下才能进行，功能单一，限制了材料的使用范围。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的处理重金属六价铬和染料的催化剂功能单一的技术问题，而提供一种具有吸附和光催化双功能的催化剂及其合成和应用方法。本专利技术的具有吸附和光催化双功能的催化剂是由四氧化三钴、石墨相氮化碳和氧化石墨烯复合而成，记作Co3O4-g-C3N4-GO。上述的具有吸附和光催化双功能的催化剂的制备方法，按以下步骤进行：一、氧化石墨烯(GO)的制备：将石墨类材料(石墨、石墨蠕虫和鳞片石墨)分散在质量百分浓度为98％的浓硫酸中，在保持温度为10℃以下的条件下，加入硝酸钠，并在磁力搅拌的条件下加入高锰酸钾，反应3～5小时；反应完成后升温至30～35℃搅拌反应30～60分钟，加入蒸馏水稀释，再升温至70～90℃反应10～30分钟，然后再加入水稀释，保持静止2～8分钟，降温至20～30℃，加入H2O2直到颜色变为金黄色为止，然后离心分离出固相物，固相物先用5％的盐酸洗涤、再用乙醇洗涤，然后离心冷冻干燥，得到氧化石墨烯；二、Co3O4-g-C3N4-GO制备：a、称量氧化石墨烯、石墨相氮化碳(g-C3N4)粉末、N,N-2-甲基吡咯烷酮、乙酸(CH3COOH)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、硝酸钴和硫脲；其中氧化石墨烯与g-C3N4粉末的质量比为1：(0.15～0.6)；氧化石墨烯的质量与N,N-2-甲基吡咯烷酮的体积的比为1g：(300～400)mL；氧化石墨烯的质量与CH3COOH的体积的比为1g：(40～80)mL；氧化石墨烯与CTAB的质量比为1：(1～2)；氧化石墨烯与硝酸钴的质量比为1：(10～20)；氧化石墨烯与硫脲的质量比为1：(6～12)；b、将氧化石墨烯分散在去离子水中，得到氧化石墨烯分散液；c、将石墨相氮化碳分散在去离子水中，得到氮化碳分散液；d、将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)加入离子水中，配制成CTAB溶液；e、将氧化石墨烯分散液、氮化碳分散液和N,N-2-甲基吡咯烷酮超声混合2～4h，得到混合液；将CH3COOH加入混合液中搅拌3～5min；再加入CTAB溶液搅拌10～12h；最后加入硝酸钴和硫脲继续搅拌0.5～1h，得到前驱液；f、将前驱液加入到反应釜中，放入温度为180～200℃的鼓风干燥箱中保持24～28h，冷却至室温后，分离出固相物用去离子水和乙醇洗涤干净，再冷冻干燥，得到具有吸附和光催化双功能的催化剂。进一步优化的，步骤一中所述的石墨类材料为石墨、石墨蠕虫或鳞片石墨；进一步优化的，步骤一中石墨类材料的质量与质量百分浓度为98％的浓硫酸的体积的比为1g：(20～50)mL；进一步优化的，步骤一中石墨类材料的质量与硝酸钠的质量比为1：(0.4～1)；进一步优化的，步骤一中石墨类材料的质量与高锰酸钾的质量比为1：(3～6)；进一步优化的，步骤一中H2O2的质量分数为10％；进一步优化的，步骤一中冷冻干燥的温度为-50～-40℃，时间为12～20小时；进一步优化的，步骤二a中石墨相氮化碳(g-C3N4)的制备方法如下：将硫脲和三聚氰胺按质量比为1：(1～12)研磨混合后，加热至500～600℃保持3～6小时，再次研磨，得到CN粉末；按CN粉末的质量与浓度为3mol/L的氢氧化钠水溶液的体积的比为1g：(12～40)mL的比例，将CN粉末加入到氢氧化钠水溶液中，在70～90℃的温度条件下搅拌1～4小时，再超声分散处理1～3小时，重复搅拌和超声分散处理4～5次，最后用乙醇和去离子水洗涤至中性，然后离心分离出固相物，在100～110℃下干燥6～8h，得到石墨相氮化碳(g-C3N4)。进一步优化的，步骤二中b中氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯浓度为0.005～0.1g/mL；进一步优化的，步骤二中c中氮化碳分散液中氮化碳浓度为8～10mg/mL；进一步优化的，步骤二中d中CTAB溶液的浓度为0.005～0.01g/mL；上述的具有吸附和光催化双功能的催化剂的应用，是利用具有吸附和光催化双功能的催化剂处理污水中的污染物六价铬和甲基蓝。具体的方法如下：将含有六价铬和甲基蓝的待处理污水的pH调节至2～6，按每1L处理污水中加入0.5～1g具有吸附和光催化双功能的催化剂的比例，将具有吸附和光催化双功能的催化剂加入到待处理污水中，在自然光或氙灯光源照射2～3小时，通过吸附和光催化作用，完成含有六价铬和甲基蓝的污水的处理。本专利技术的具有吸附和光催化双功能的催化剂是均匀分散在大比表面积氧化石墨烯的g-C3N4和Co3O4的复合物，增加了g-C3N4和Co3O4与目标污染物的接触面积，提高了光催化特性，从而提高目标污染物的去除效率。催化剂处理后的六价铬被还原为三价的铬，可回收再利用，染料被降解，该催化剂还可以多次重复利用。本专利技术的材料能够充分利用太阳光，在可见光下就可以产生具有氧化和还原的物质，因此这种具有吸附和催化双功能光催化剂对重金属铬具有较高的还原能力且对甲基蓝具有明显的氧化降解去除能力，本专利技术的Co3O4-g-C3N4-GO催化剂具有吸附和催化特性，对重金属六价铬具有20％～30％的吸附特性和70％～80％的光催化特性。本专利技术的双功能的催化剂还有分散性好、作用速度快的优点。本专利技术的具有吸附和光催化双功能的催化剂制备过程简单，制备成本低，制备条件温和。可用于含有重金属铬和/或染料的污水的处理领域。附图说明图1是实施例1制备的具有吸附和光催化双功能的催化剂的扫描电镜照片；图2是实施例1制备的具有吸附和光催化双功能的催化剂的XRD谱图；图3是实施例2制备的具有吸附和光催化双功能的催化剂的扫描电镜照片；图4是实施例2制备的具有吸附和光催化双功能的催化剂的XRD谱图；图5是实施例3制备的具有吸附和光催化双功能的催化剂的扫描电镜照片；图6是实施例3制备的具有吸附和光催化双功能的催化剂的XRD谱图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1：本实施例的具有吸附和光催化双功能的催化剂的制备方法，按以下步骤进行：一、氧化石墨烯(GO)的制备：将1g石墨蠕虫分散在25mL质量百分浓度为98％的浓硫酸中，转移到10℃以下的冰水混合物中，加入0.5g硝酸钠，并在磁力搅拌的条件下加入3g高锰酸钾，反应3～5小时；反应完成后转移到35℃的水浴中搅拌反应30分钟，加入45mL蒸馏水稀释，转移到80℃的水浴中反应10分钟，然后再加入60mL水稀释，保持静止2分钟，移除水浴，降温至25℃，加入质量分数为10％的H2O2直到颜色变为金黄色为止，然后本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有吸附和光催化双功能的催化剂，其特征在于该催化剂是由四氧化三钴、石墨相氮化碳和氧化石墨烯复合而成。
【技术特征摘要】
1.一种具有吸附和光催化双功能的催化剂，其特征在于该催化剂是由四氧化三钴、石墨相氮化碳和氧化石墨烯复合而成。2.制备权利要求1所述的一种具有吸附和光催化双功能的催化剂的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、氧化石墨烯的制备：将石墨类材料分散在质量百分浓度为98％的浓硫酸中，在保持温度为10℃以下的条件下，加入硝酸钠，并在磁力搅拌的条件下加入高锰酸钾，反应3～5小时；反应完成后升温至30～35℃搅拌反应30～60分钟，加入蒸馏水稀释，再升温至70～90℃反应10～30分钟，然后再加入水稀释，保持静止2～8分钟，降温至20～30℃，加入H2O2直到颜色变为金黄色为止，然后离心分离出固相物，固相物先用5％的盐酸洗涤、再用乙醇洗涤，然后离心冷冻干燥，得到氧化石墨烯；二、Co3O4-g-C3N4-GO制备：a、称量氧化石墨烯、石墨相氮化碳粉末、N,N-2-甲基吡咯烷酮、乙酸、十六烷基三甲基溴化铵、硝酸钴和硫脲；其中氧化石墨烯与g-C3N4粉末的质量比为1：(0.15～0.6)；氧化石墨烯的质量与N,N-2-甲基吡咯烷酮的体积的比为1g：(300～400)mL；氧化石墨烯的质量与CH3COOH的体积的比为1g：(40～80)mL；氧化石墨烯与CTAB的质量比为1：(1～2)；氧化石墨烯与硝酸钴的质量比为1：(10～20)；氧化石墨烯与硫脲的质量比为1：(6～12)；b、将氧化石墨烯分散在去离子水中，得到氧化石墨烯分散液；c、将石墨相氮化碳分散在去离子水中，得到氮化碳分散液；d、将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)加入离子水中，配制成CTAB溶液；e、将氧化石墨烯分散液、氮化碳分散液和N,N-2-甲基吡咯烷酮超声混合2～4h，得到混合液；将CH3COOH加入混合液中搅拌3～5min；再加入CTAB溶液搅拌10～12h；最后加入硝酸钴和硫脲继续搅拌0.5～1h，得到前驱液；f、将前驱液加入到反应釜中，放入温度为180～200℃的鼓风干燥箱中保持24～28h，冷却至室温后，分离出固相物用去离子水和乙醇洗涤干净，再冷冻干燥，得到具有吸附和光催化双功能的催化剂。3.根据权利要求2所述的一种具有吸附和光催化双功能的催化剂的制备方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：于永生，王盈君，包双友，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23
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