负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂及其制备方法和应用，该复合光催化剂以钽酸钠为载体，钽酸钠上负载有石墨相氮化碳纳米片，钽酸钠和石墨相氮化碳纳米片表面沉积有银纳米颗粒。其制备方法包括制备石墨相氮化碳纳米片/钽酸钠复合物以及通过光还原反应在石墨相氮化碳纳米片/钽酸钠复合物上沉积银纳米颗粒。本发明专利技术的复合光催化剂具有可见光响应范围大、光催化活性高、稳定性好等优点，其制备方法具有简单、操作简便、成本低、能耗少、不产生有毒有害物质、环境友好等优点。该复合光催化剂可用于处理抗生素废水和染料废水，能够有效光催化降解废水中的抗生素和染料，具有应用方法简单、去除率高等优点。

Sodium Tartate Composite Photocatalyst Supported with Silver Nanoparticles and Graphite Carbon Nitride Nanosheets and Its Preparation Method and Application

The invention discloses a sodium tantalum composite photocatalyst loaded with silver nanoparticles and graphite carbon nitride nanosheets, a preparation method and application thereof. The composite photocatalyst takes sodium tantalum as a carrier, sodium tantalum is loaded with graphite carbon nitride nanosheets, and silver nanoparticles are deposited on the surface of sodium tantalum and graphite carbon nitride nanosheets. The preparation method includes preparation of graphite phase carbon nitride nanosheet/sodium tantalate composite and deposition of silver nanoparticles on graphite phase carbon nitride nanosheet/sodium tantalate composite by photoreduction reaction. The composite photocatalyst has the advantages of wide visible light response range, high photocatalytic activity and good stability, and the preparation method has the advantages of simple operation, low cost, low energy consumption, no toxic and harmful substances, and environmental friendliness. The composite photocatalyst can be used to treat antibiotic wastewater and dye wastewater. It can effectively photocatalytic degradation of antibiotics and dyes in wastewater. It has the advantages of simple application method and high removal rate.

【技术实现步骤摘要】
负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于功能复合光催化剂领域，涉及一种钽酸钠复合光催化剂及其制备方法和应用，具体涉及一种负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
自从1982年发现青霉素以来，各类抗生素不断被发现并广泛应用于人类生产生活中。抗生素的使用大大增强了人类抵抗细菌性感染的能力，挽救了无数人的生命。但是，近年来各类抗生素的过度使用导致细菌耐药性增强，且来至于生活污水、医疗废水以及养殖废水中的抗生素大量累积，对环境造成了一系列问题，如环境中的抗生素会通过食物链累积并重新进入人体，对生态平衡、人体健康造成了极大的不利影响。因此，如何有效去除水体中的抗生素是现阶段亟需解决的技术问题。目前，处理水体中抗生素的方法有光催化降解法、吸附法、化学氧化法及膜分离法等。其中，光催化法因其环境友好、能耗低、成本低、材料可重复使用及较高的处理效率等优点愈来愈受到人们的重视。钽酸盐因其具有较高的价带和较低的导带位置而光催化裂解水及降解水中有机污染物等领域有较好的应用前景。其中，钽酸钠（NaTaO3）因制备方法简单，无毒无害，而更适合用于水体有机污染物降解。然而，NaTaO3较大的带隙宽度导致其只能对紫外光响应，使其光催化性能受到很大限制，因此获得一种可见光响应范围大、光催化活性高、稳定性好的钽酸钠复合光催化材料对于降解水体中的有机污染物具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可见光响应范围大、光催化活性高、稳定性好的负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂及其制备方法和应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂，以钽酸钠为载体，所述钽酸钠上负载有石墨相氮化碳纳米片，所述钽酸钠和所述石墨相氮化碳纳米片表面沉积有银纳米颗粒。上述的负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂中，进一步改进的，所述负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂中所述钽酸钠与所述石墨相氮化碳纳米片的质量比为1∶0.05～0.1；所述负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂中所述银纳米颗粒的质量百分数为0.5%～1%。上述的负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂中，进一步改进的，所述钽酸钠为单晶正六面纳米立方体。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、将钽酸钠与石墨相氮化碳纳米片分散于溶剂中，超声分散，得到钽酸钠与石墨相氮化碳纳米片的悬浮液；S2、去除所述钽酸钠与石墨相氮化碳纳米片的悬浮液中的溶剂，将所得固体进行加热，得到石墨相氮化碳纳米片/钽酸钠复合物；S3、将所述石墨相氮化碳纳米片/钽酸钠复合物分散于甲醇溶液中，加入Ag+溶液进行光还原反应，得到负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂。上述的制备方法中，进一步改进的，所述钽酸钠是由Ta2O5的乙二醇混合液与氢氧化钠溶液混合后经水热反应制得；所述Ta2O5的乙二醇混合液中的Ta2O5与所述氢氧化钠溶液的氢氧化钠的质量比为0.4～0.5∶0.8～1.6；所述水热反应的温度为140℃～150℃；所述水热反应的时间为12h～15h。上述的制备方法中，进一步改进的，所述石墨相氮化碳纳米片是由石墨相氮化碳粉末在520℃～550℃下热处理1h～2h制得；所述石墨相氮化碳粉末是由三聚氰胺在500℃～520℃下热处理2h～4h制得。上述的制备方法中，进一步改进的，步骤S1中，所述溶剂为甲醇；所述超声分散的时间为30min～60min；和/或，步骤S2中，所述加热在氮气气氛下进行；所述加热的温度为500℃～550℃；所述加热的时间为3h～5h；和/或，步骤S3中，所述甲醇溶液中甲醇与水的体积比为1∶1～5；所述Ag+溶液中Ag+的浓度为1g/L～3g/L；所述Ag+溶液为AgNO3溶液；所述光还原反应在搅拌条件下进行；所述光还原反应的时间为30min～60min。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂在处理抗生素废水中的应用。上述的应用中，进一步改进的，包括以下步骤：将负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂与抗生素废水在避光环境下混合，所得混合液在可见光下进行光催化反应，完成对抗生素废水的处理；所述负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂的添加量为每升所述抗生素废水中添加负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂0.5g～1.0g。上述的应用中，进一步改进的，所述抗生素废水中的抗生素为盐酸四环素；所述抗生素废水中抗生素的浓度为20mg/L～50mg/L；和/或，所述光催化反应在波长＞420nm的可见光下进行；和/或，所述光催化反应的时间为30min～60min。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂在处理染料废水中的应用。上述的应用中，进一步改进的，包括以下步骤：将负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂与染料废水在避光环境下混合，所得混合液在可见光下进行光催化反应，完成对染料废水的处理；所述负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂的添加量为每升所述染料废水中添加负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂0.5g～1.0g。上述的应用中，进一步改进的，所述染料废水中染料为罗丹明B；所述染料废水中染料的浓度为20mg/L～50mg/L；和/或，所述光催化反应在波长＞420nm的可见光下进行；和/或，所述光催化反应的时间为30min～60min。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术提供了一种负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂，以钽酸钠（NaTaO3）为载体，石墨相氮化碳（g-C3N4）纳米片负载在钽酸钠上，石钽酸钠和所述石墨相氮化碳纳米片的表面沉积有银纳米颗粒。本专利技术中，将石墨相氮化碳纳米片负载在钽酸钠上，由于g-C3N4对可见光有较好的响应，可增强复合材料对可见光的利用率，通过g-C3N4和NaTaO3形成异质结，光生电子和空穴分别集中于g-C3N4的导带和NaTaO3的价带，有利于光生电子空穴的分离，同时表面Ag纳米颗粒不仅可通过SPR作用进一步增强催化剂对可见光的吸收利用性能，还能在复合材料中充当光生电子转运的桥梁，促进光生电子空穴分离。2、本专利技术还提供了一种负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂的制备方法，具有简单、操作简便、成本低、能耗少、不产生有毒有害物质、环境友好等优点。3、本专利技术的制备方法中，通过浸渍法将石墨相氮化碳纳米片负载在钽酸钠上形成石墨相氮化碳纳米片/钽酸钠复合物，其中将石墨相氮化碳纳米片与钽酸钠结合后在氮气气氛下进行高温处理，使得二者的结合更加紧密，同时将银纳米颗粒通过光还原沉积法生长在石墨相氮化碳纳米片和钽酸钠的表面，使得材料稳定性好。4、本专利技术还提供了一种处理抗生素废水的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂，其特征在于，以钽酸钠为载体，所述钽酸钠上负载有石墨相氮化碳纳米片，所述钽酸钠和所述石墨相氮化碳纳米片表面沉积有银纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂，其特征在于，以钽酸钠为载体，所述钽酸钠上负载有石墨相氮化碳纳米片，所述钽酸钠和所述石墨相氮化碳纳米片表面沉积有银纳米颗粒。2.根据权利要求1中所述的负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂，其特征在于，所述负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂中所述钽酸钠与所述石墨相氮化碳纳米片的质量比为1∶0.05～0.1；所述负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂中所述银纳米颗粒的质量百分数为0.5%～1%。3.根据权利要求1或2中所述的负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂，其特征在于，所述钽酸钠为单晶正六面纳米立方体。4.一种如权利要求1～3中任一项所述的负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将钽酸钠与石墨相氮化碳纳米片分散于溶剂中，超声分散，得到钽酸钠与石墨相氮化碳纳米片的悬浮液；S2、去除所述钽酸钠与石墨相氮化碳纳米片的悬浮液中的溶剂，将所得固体进行加热，得到石墨相氮化碳纳米片/钽酸钠复合物；S3、将所述石墨相氮化碳纳米片/钽酸钠复合物分散于甲醇溶液中，加入Ag+溶液进行光还原反应，得到负载银纳米颗粒和石墨相氮化碳纳米片的钽酸钠复合光催化剂。5.根据权利要求4中所述的制备方法，其特征在于，所述钽酸钠是由Ta2O5的乙二醇混合液与氢氧化钠溶液混合后经水热反应制得；所述Ta2O5的乙二醇混合液中的Ta2O5与所述氢氧化钠溶液的氢氧化钠的质量比为0.4～0.5∶0.8～1.6；所述水热反应的温度为140℃～150℃；所述水热反应的时间为12h～15h。6.根据权利要求5中所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤琳，冯程洋，曾光明，邓垚成，王佳佳，王敬敬，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43