四氧化三铁-石墨类氮化碳复合磁性光催化剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术属于可见光光催化剂技术领域，涉及一种四氧化三铁‑石墨类氮化碳复合磁性光催化剂的制备方法及应用，先将石墨类氮化碳前驱体加热制得石墨类氮化碳；再将氯化胆碱、尿素和去离子水混合，35～65℃下反应20～40min得到深共晶溶剂；然后将石墨类氮化碳、亚铁盐、无机碱和深共晶溶剂混合后反应，再转移至反应釜，100～130℃反应3～5h，自然冷却后将产物洗净、粉碎后即得。本发明专利技术制备过程条件简单，通过对传统石墨类氮化碳的改性，不仅能高效快速降解有机污染物，且反应后的光催化剂可以在外加磁场的条件下快速实现固液分离。通过实验模拟去除含亚甲基蓝的废水，结果表明，对亚甲基蓝的光催化降解效率大于95％，为实际应用提供了可靠的理论和现实支撑。

Preparation and Application of Fe3O4-Graphite Carbon Nitride Composite Magnetic Photocatalyst

The invention belongs to the technical field of visible light photocatalyst, and relates to the preparation method and application of a composite magnetic photocatalyst of ferric oxide and graphite carbon nitride. Firstly, the precursor of graphite carbon nitride is heated to produce graphite carbon nitride; then, choline chloride, urea and deionized water are mixed, and the deep eutectic solvent is obtained by reacting at 35-65 degrees C for 20-40 minutes; secondly, the graphite carbon nitride is heated to produce graphite carbon nitride. After mixing with ferrous salt, inorganic alkali and deep eutectic solvent, the product is transferred to the reactor and reacted at 100-130 C for 3-5 hours. After natural cooling, the product is washed and crushed. The preparation process of the present invention is simple. By modifying the traditional graphite carbon nitride, the organic pollutants can be efficiently and rapidly degraded, and the photocatalyst after reaction can quickly realize solid-liquid separation under the condition of an external magnetic field. The results show that the photocatalytic degradation efficiency of methylene blue is more than 95%, which provides reliable theoretical and practical support for practical application.

【技术实现步骤摘要】
四氧化三铁-石墨类氮化碳复合磁性光催化剂的制备方法及应用
本专利技术属于可见光光催化剂
，涉及石墨类氮化碳光催化剂的制备，尤其涉及一种四氧化三铁-石墨类氮化碳复合磁性光催化剂的制备方法及应用。
技术介绍
目前，人类面对的环境问题变得越来越严峻，能源短缺近年来受到了众多研究者广泛的关注，在这样的背景下，针对光催化剂技术的研究受到了研究者的青睐。石墨类氮化碳是新型的可见光光催化剂，其合成方法简单、材料性质稳定，且前驱体价格低廉，可用于产氢气和催化降解水体中的有机污染物。然而，光催化活性低、难以实现固液分离，限制着石墨类氮化碳广泛地应用于工业。光催化活性低是因为固态量子产率仅为5％，同时其比表面积低于10m2/g，不能为光催化反应提供更多的活性位点；其次，石墨类氮化碳的禁带宽度为2.7eV，限制了对可见光的吸收范围，综合以上两点，可以认为纯石墨类氮化碳的光催化活性很低。由于石墨类氮化碳通常为粉末状，在反应完成后，难以将光催化剂从溶液中提取出来，不能很好的实现固液分离，可能会对环境造成二次污染。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是公开一种四氧化三铁-石墨类氮化碳复合磁性光催化剂的制备方法。技术方案：一种四氧化三铁-石墨类氮化碳复合磁性光催化剂的制备方法，包括如下步骤：a)将石墨类氮化碳前驱体置于马弗炉中，500～600℃加热2～3.5h，优选520℃加热3.0h，升温速率为2.5～3.5℃·min-1，自然冷却至室温，碾成粉末，得到石墨类氮化碳；b)按照氯化胆碱、尿素和去离子水固液比为1～2g：1g：5～20ml的比例混合，优选固液比为1.2g：1g：10mL，35～65℃下反应20～40min，优选50℃反应30min，得到深共晶溶剂；c)将石墨类氮化碳、亚铁盐、无机碱和深共晶溶剂按固液比为1g：0.05～1g：0.018～0.072g：10mL的比例混合，优选1g：0.1g：0.036g：10mL，30～60℃下反应20～40min，搅拌速率为500～700r·min-1，得到混合溶液；d)按照无机碱与石墨类氮化碳的质量比为0.0126～0.0504g：1g的比例，继续加入无机碱到上述混合溶液中，70～90℃下反应20～40min，然后转移至反应釜，100～130℃反应3～5h，优选110℃反应4h，自然冷却至室温；e)依次用水、乙醇冲洗干净，80～100℃下烘干，碾磨至粉末，得到四氧化三铁-石墨类氮化碳复合磁性光催化剂。本专利技术较优公开例中，步骤a)中所述石墨类氮化碳前驱体为三聚氰胺、双氰胺或硫脲中的任一种。本专利技术较优公开例中，步骤c)中所述亚铁盐为FeSO4·7H2O或FeCl2·4H2O；所述无机碱为KOH或NaOH。本专利技术还有一个目的，在于将所制得的四氧化三铁-石墨类氮化碳复合磁性光催化剂应用于可见光光催化降解含有机染料的废水。实验模拟光催化降解含有机染料的废水以亚甲基蓝作为有机染料，采用500W氙灯作为可见光光源，用400nm的滤光片过滤掉紫外光。光催化反应前在暗处搅拌0.5h，以达到吸附-解吸平衡，实验过程将20mg的光催化剂分别加入到50ml含机染料溶液中，染料的浓度为10mg/L，实验过程中每隔10min进行一次取样，经0.22微米的滤头过滤后，在631nm处测量溶液中亚甲基蓝的浓度，从而求得光催化降解速率。空白实验，按照上述制备步骤，不加入亚铁盐制得石墨类氮化碳光催化剂，其对亚甲基蓝的降解率为27.6％。本专利技术的特点为：(1)本专利技术采用简单的热缩聚法制备石墨类氮化碳，制备过程简单，且对环境不会产生危害。(2)本专利技术采用氧化共沉淀法合成四氧化三铁-石墨类氮化碳复合磁性光催化剂，反应在深共晶溶剂中进行，制备所需的反应温度低，同时合成的速率快，可以节约能耗，符合经济型的合成方法。(3)本专利技术提供的四氧化三铁-石墨类氮化碳复合磁性光催化剂，其优点在于制备过程简单，不仅能提升光催化剂效率，而且可以实现快速的固液分离，具有广阔的应用前景。有益效果本专利技术公开一种四氧化三铁-石墨类氮化碳复合磁性光催化剂的制备方法及应用。制备过程实验条件简单，通过对传统石墨类氮化碳的改性，不仅能高效快速降解有机污染物，且反应后的光催化剂可以在外加磁场的条件下快速实现固液分离。通过实验模拟去除含亚甲基蓝的废水，结果表明，对亚甲基蓝的光催化降解效率大于95％，为实际应用提供了可靠的理论和现实支撑。附图说明图1.所制得光催化剂的扫描电镜图片。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本专利技术，但本专利技术并不局限于以下实施例。除非另外限定，这里所使用的术语(包含科技术语)应当解释为具有如本专利技术所属
的技术人员所共同理解到的相同意义。还将理解到，这里所使用的术语应当解释为具有与它们在本说明书和相关技术的内容中的意义相一致的意义，并且不应当以理想化或过度的形式解释，除非这里特意地如此限定。实施例1一种四氧化三铁-石墨类氮化碳复合磁性光催化剂的制备方法，包括如下步骤：a)将石墨类氮化碳前驱体双氰胺置于马弗炉中，空气气氛在500℃加热2.0h，升温速率为2.5℃·min-1，待冷却至室温，碾成粉末，即为石墨类氮化碳；b)将氯化胆碱和尿素按照质量比为1：1的比例混合，并溶解在5ml的去离子水中，混合后将溶液置于35℃下反应20min，制备出深共晶溶剂；c)将步骤a)中制备的石墨类氮化碳、FeSO4·7H2O和NaOH按照质量比为1：0.05：0.018的比例混合，并加入到步骤b)中制备的深共晶溶剂中，在30℃下反应20min，搅拌速率为500r·min-1；d)将0.0126g的NaOH加入到步骤c)中制备的混合溶液中，在70℃下反应20min，转移到反应釜中，在100℃下反应3.0h；e)将步骤d)获得的材料依次用水、乙醇冲洗干净，80℃下烘干，碾磨至粉末，得到四氧化三铁-石墨类氮化碳复合磁性光催化剂。实验模拟去除有机染料的光催化降解率为95.17％。实施例2一种四氧化三铁-石墨类氮化碳复合磁性光催化剂的制备方法，包括如下步骤：a)将石墨类氮化碳前驱体三聚氰胺置于马弗炉中，空气气氛在520℃加热2.5h，升温速率为3.0℃·min-1，待冷却至室温，碾成粉末，即为石墨类氮化碳；b)将氯化胆碱和尿素按照质量比为1.2：1的比例混合，并溶解在10ml的去离子水中，混合后将溶液置于50℃下反应30min，制备出深共晶溶剂；c)将步骤a)中制备的石墨类氮化碳、FeSO4·7H2O和KOH按照质量比为1：0.1：0.036的比例混合，并加入到步骤b)中制备的深共晶溶剂中，在50℃下反应30min，搅拌速率为600r·min-1；d)将0.0252g的KOH加入到步骤c)中制备的混合溶液中，在80℃下反应30min，转移到反应釜中，在110℃下反应4.0h；e)将步骤d)获得的材料依次用水、乙醇冲洗干净，90℃下烘干，碾磨至粉末，得到四氧化三铁-石墨类氮化碳复合磁性光催化剂。实验模拟去除有机染料的光催化降解率为97.38％。实施例3一种四氧化三铁-石墨类氮化碳复合磁性光催化剂的制备方法，包括如下步骤：a)将石墨类氮化碳前驱体硫脲置于马弗炉中，空气气氛在550℃加热3.0h，升温速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四氧化三铁‑石墨类氮化碳复合磁性光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a)将石墨类氮化碳前驱体置于马弗炉中，500～600℃加热2～3.5h，升温速率为2.5～3.5℃·min

【技术特征摘要】
1.一种四氧化三铁-石墨类氮化碳复合磁性光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a)将石墨类氮化碳前驱体置于马弗炉中，500～600℃加热2～3.5h，升温速率为2.5～3.5℃·min-1，自然冷却至室温，碾成粉末，得到石墨类氮化碳；b)按照氯化胆碱、尿素和去离子水固液比为1～2g：1g：5～20ml的比例混合，35～65℃下反应20～40min，得到深共晶溶剂；c)将石墨类氮化碳、亚铁盐、无机碱和深共晶溶剂按固液比为1g：0.05～1g：0.018～0.072g：10mL的比例混合，30～60℃下反应20～40min，搅拌速率为500～700r·min-1，得到混合溶液；d)按照无机碱与石墨类氮化碳的质量比为0.0126～0.0504g：1g的比例，继续加入无机碱到上述混合溶液中，70～90℃下反应20～40min，然后转移至反应釜，100～130℃反应3～5h，自然冷却至室温；e)依次用水、乙醇冲洗干净，80～100℃下烘干，碾磨至粉末，得到四氧化三铁-石墨类氮化碳复合磁性光催化剂。2.根据权利要求1所述四氧化三铁-石墨类氮化碳复合磁性光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤a)中所述石墨类氮化碳前驱体为三聚氰胺、双氰胺或硫脲中的任一种。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡锋平，罗文栋，彭小明，胡玉瑛，戴红玲，徐嘉翔，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：江西,36