FeS2/g-C3N4异质结材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种FeS2/g‑C3N4异质结材料的制备方法及其应用，制备方法为：将三聚氰胺置于管式炉中，然后煅烧制备g‑C3N4；另外，在反应釜中加入FeSO4·7H2O，Na2S2O3·5H2O，硫粉以及去离子水，水热反应制备FeS2，将产物用稀硫酸、二硫化碳和去离子水洗涤多次，最后，将一定比例的g‑C3N4和FeS2溶于甲醇溶液，超声波浴，然后水浴加热使甲醇挥发，将得到的产物置于马弗炉中煅烧，即可制得FeS2/g‑C3N4异质结材料。该制备方法工艺流程简单，无污染，制造成本低，对环境友好，制备出的复合催化剂处理效果好。

Preparation and Application of FeS2/g-C3N4 Heterojunction Materials

【技术实现步骤摘要】
FeS2/g-C3N4异质结材料的制备方法及其应用
本专利技术涉及复合材料合成
，更具体的说是涉及FeS2/g-C3N4异质结材料的制备方法及其应用。
技术介绍
四环素类抗生素(tetracyclines，TCs)作为一类广谱抗菌素，在世界范围内被广泛用于规模化畜禽养殖场动物细菌感染疾病防治。我国每年生产、进口及消耗的四环素数量相当巨大。由于具有高水溶性，环境中不易降解及易蓄积等特点，畜禽养殖废水中残留的TCs可产生巨大的生态毒理效应，并且诱导细菌产生耐药性，危害人类健康。然而，盐酸四环素对生物过程有较强的抑制作用，常规的生物处理工艺不能对其有效去除。常规的物理方法如吸附、反渗透和纳滤等可以去除一些水中的盐酸四环素，但不能对其进行有效降解。液氯氧化等化学氧化法能降解盐酸四环素，但可产生致癌的二次污染物。因此近年来，人们对采用高级氧化法治理抗生素污染废水产生了浓厚兴趣。FeS2是地壳中发现的最丰富的硫化铁矿之一。在橡胶、造纸、纺织、食品、火柴等工业以及农业中均有重要用途。特别是国防工业上用以制造各种炸药、发烟剂等。另外，硫铁矿又常与铜、铅、锌、钼等硫化矿床共生，并含有金、钴、钼及稀有元素硒等，能综合回收利用。目前，FeS2已成功用作Fenton材料用于氧化降解有机污染物，如三氯乙烯(TCE)和四氯化碳(CT)。黄铁矿和H2O2(黄铁矿Fenton)降解TCE和CT(去除效率：97％和93％)系统)与Fe(II)水溶液均相Fenton反应(经典Fenton)系统相比较(去除率：77％和分别为52％)有显著提高。另外，FeS2同时也是半导体材料。因此，黄铁矿在芬顿反应中降解污染物具有很大的潜力。g-C3N4是一种类似于石墨烯结构的聚合物半导体，C、N原子以sp2杂化形成高度离域的π共轭体系，与传统的TiO2光催化剂相比，g-C3N4还能有效活化分子氧，产生超氧自由基用于有机官能团的光催化转化和有机污染物的光催化降解且g-C3N4具有聚合物材料的来源广泛、价格较低的优势。因此被广泛用作光催化剂，如光催化降解有机污染物、光催化析氢及光催化有机合成等。近来的研究表明，g-C3N4能增强复合材料的原有性能，因此g-C3N4基纳米复合材料在锂电、燃料敏化电池、超级电容器及润滑等领域具有潜在的应用前景。为了有效提高了其光催化活性，利用g-C3N4形成异质结的研究也被学者逐渐关注。异质结是两种不同的半导体相接触所形成的界面区域，形成异质结可以有效地分离电子和空穴从而提高光催化效能。利用g-C3N4形成异质结的有TiO2/g-C3N4，Fe2O3/g-C3N4，SiO2/g-C3N4等等，均可以提高材料的光催化性能。因此，如何利用FeS2和g-C3N4两种催化剂的特点来制备一种复合材料，可高效去除水中的四环素类抗生素，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术利用了FeS2和g-C3N4两种催化剂形成异质结的特点，在一定程度上有效分离电子和空穴从而提高光催化性能，能够高效去除水中四环素。另外，两种材料形成的异质结结构还能有效缓解FeS2在溶液中不能较好的均匀分散的缺点。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种FeS2/g-C3N4异质结材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一：称取一定量的三聚氰胺置于管式炉中，通入氮气，在550-560℃烧制1.8-2h(升温速率为10℃/min)，形成块状g-C3N4。随后再在490-500℃下烧制1.8-2h(升温速率为5℃/min)，制成片状g-C3N4。步骤二：在反应釜中加入FeSO4·7H2O，Na2S2O3·5H2O以及硫粉，摩尔比为1:1:0.5，混合均匀后加入去离子水。在鼓风干燥箱中170-180℃水热反应22-24h。反应结束后，冷却至室温，将得到的黑色沉淀物放入离心管中分别用去离子水、稀硫酸和二硫化碳多次洗涤，最后在70-80℃下真空干燥6-7h，即为FeS2。其反应方程式为：FeSO4+Na2S2O3+S+H2O＝FeS2↓+Na2SO4+H2SO4步骤三：在烧杯中加入甲醇，再加入一定量FeS2，超声波浴15-20min。在加入一定比例的g-C3N4超声波浴3-4h。随后在80-85℃水浴中搅拌悬浮液直至甲醇挥发。将得到的粉末置于马弗炉中300-350℃烧制0.8-1h，得到FeS2/g-C3N4异质结材料。进一步，步骤一中所述加热温度分别为550℃(升温速率为10℃/min)以及500℃(升温速率为5℃/min)。进一步，步骤三中马弗炉烧制温度为300℃。上述所述的FeS2/g-C3N4异质结材料在处理废水中四环素类抗生素的应用，将上述制备的FeS2/g-C3N4异质结材料与过氧化氢按比例1:10加入到有机废水中，高效去除四环素类抗生素。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：本专利技术采用了简便经济的水热法制备，且原材料成本低，制备工艺环保无污染，制得的催化剂可以与过氧化氢反应，对水中四环素污染物去除效果良好。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1是实施例1制备的FeS2/g-C3N4异质结材料的扫描电镜图。图2是实施例1制备的FeS2/g-C3N4异质结材料活化过氧化氢的高级氧化应用中，四环素去除率随时间变化曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：FeS2/g-C3N4异质结材料的制备方法，包含如下步骤：步骤一：称取1g三聚氰胺置于管式炉中，通入氮气，在550℃烧制2小时(升温速率为10℃/分钟)，形成块状g-C3N4。随后再在500℃下烧制2小时(升温速率为5℃/分钟)，制成片状g-C3N4。步骤二：在50mL反应釜中加入0.025molFeSO4·7H2O，0.025molNa2S2O3·5H2O以及0.0125mol硫粉，混合均匀后加入25mL去离子水。在鼓风干燥箱中180℃水热反应24小时。反应结束后，冷却至室温，将得到的黑色沉淀物放入离心管中分别用去离子水、稀硫酸和二硫化碳多次洗涤，最后在80℃下真空干燥6小时，即为FeS2。步骤三：在烧杯中加入50mL甲醇，再加入0.05gFeS2，超声波浴15分钟。在加入0.5g-C3N4超声波浴4小时。随后在85℃水浴中搅拌悬浮液直至甲醇挥发。将得到的粉末置于马弗炉中300℃烧制1小时，得到FeS2/g-C3N4异质结材料。实施例2：FeS2/g-C3N4异质结材料的制备方法，包含如下步骤：步骤一：称取1g三聚氰胺置于管式炉中，通入氮气，在560℃烧制1.8小时(升温速率为10℃/分钟)，形成块状g-C3N4。随后再在490℃下烧制1.8小时(升温速率为5℃/分钟)，制成片状g-C3N4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.FeS2/g‑C3N4异质结材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：步骤一：称取一定量的三聚氰胺置于管式炉中，通入氮气，升温，煅烧，制得g‑C3N4；步骤二：将FeSO4·7H2O、Na2S2O3·5H2O以及硫粉，混合均匀后加入去离子水，在170‑180℃水热环境下反应22‑24h，反应结束后，冷却至室温，将得到的黑色沉淀物放入离心管中分别用去离子水、稀硫酸和二硫化碳多次洗涤，然后真空干燥，即为FeS2；步骤三：将甲醇与所述步骤二制备的FeS2混合均匀，超声波浴，再加入所述步骤一制备的g‑C3N4超声波浴，随后在80‑85℃水浴中搅拌悬浮液直至甲醇挥发，将得到的粉末置于马弗炉中煅烧，得到FeS2/g‑C3N4异质结材料。

【技术特征摘要】
1.FeS2/g-C3N4异质结材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：步骤一：称取一定量的三聚氰胺置于管式炉中，通入氮气，升温，煅烧，制得g-C3N4；步骤二：将FeSO4·7H2O、Na2S2O3·5H2O以及硫粉，混合均匀后加入去离子水，在170-180℃水热环境下反应22-24h，反应结束后，冷却至室温，将得到的黑色沉淀物放入离心管中分别用去离子水、稀硫酸和二硫化碳多次洗涤，然后真空干燥，即为FeS2；步骤三：将甲醇与所述步骤二制备的FeS2混合均匀，超声波浴，再加入所述步骤一制备的g-C3N4超声波浴，随后在80-85℃水浴中搅拌悬浮液直至甲醇挥发，将得到的粉末置于马弗炉中煅烧，得到FeS2/g-C3N4异质结材料。2.根据权利要求1所述的FeS2/g-C3N4异质结材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的三聚氰胺在550-560℃烧制1.8-2h...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莉，赵志伟，袁艺鸣，张赛，黄俊，代勤，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50