一种负载型石墨相氮化碳复合材料，制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于一种负载型石墨相氮化碳复合材料，复合材料为层状镍铁水滑石(NiFe‑LDH)负载石墨相氮化碳以及其活化过硫酸盐氧化降解亚甲基蓝的应用。本发明专利技术采用两步法合成技术，首先将一定量的尿素研磨成粉末，经过高温缩合处理合成多孔石墨相氮化碳，然后利用无水乙醇以及去离子水反复洗涤，将层状镍铁水滑石(NiFe‑LDH)负载到多孔石墨相氮化碳的基体和孔道中。该催化剂在活化过硫酸盐氧化降解亚甲基蓝中显示出稳定和优越的催化活性。

【技术实现步骤摘要】
一种负载型石墨相氮化碳复合材料，制备方法及其应用
本专利技术属于纳米材料制备技术及环保领域，具体涉及一种混合金属负载的具有循环利用的新型复合纳米催化剂及其降解亚甲基蓝中的应用。
技术介绍
目前染料行业是我国国民经济的重要支撑行业，主要用于涂料、医药、纺织品、化妆品等领域。但在染料的生产和使用过程中，染料废水未经处理或未达到排放标准直接排放导致的环境污染问题亟待解决。染料废水指在生产染料、颜料的过程中排放出的废水，具有有机物浓度高、色度大、难降解物质多、组分复杂、有毒等特点。许多工业大量使用染料，同时不可避免排放大量具有间歇性且水质不稳定的染料废水，因而难进行处理。阳离子染料(碱性染料)的结构中含有碱性基团，其色泽浓艳，水溶性好，含有复杂的芳香基团因而难以去除色度，成为染料废水处理的难题。因此，寻找高效处理染料废水的技术方法成为国内外研究的热点。金属纳米颗粒在实际应用过程中面临着严重的稳定性问题，目前行之有效的方法就是将金属纳米颗粒负载在各种固相载体上以保护它们免受团聚影响。石墨相氮化碳(g-C3N4)具备特殊的电子光学结构以及高的化学和热稳定性等优点，但比表面积不够大，量子效率低。而纳米层状水滑石具有生物相容性好、离子交换容量大，表面积大等优点正好可以弥补其不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种催化降解亚甲基蓝的新型复合材料及其制备方法，并将其应用于催化降解亚甲基蓝的反应中，其制备方法合理简单，催化氧化性能稳定，催化氧化效率高效。本专利技术采用酸处理石墨相氮化碳，利用高温烧结缩合形成多孔石墨相氮化碳，然后在金属盐配置的溶液中利用超声分散，结合限域生长原理，将纳米层状镍铁水滑石(NiFe-LDH)负载到多孔石墨相氮化碳的孔道和表面，最后得到了分散性好负载纳米层状镍铁水滑石具有循环利用的新型复合功能纳米催化剂。为实现上述目的，本发现采用的技术方案为：一种负载型石墨相氮化碳复合材料，该复合材料为纳米层状镍铁水滑石负载石墨相氮化碳。本专利技术所述的负载混合金属的具有循环催化的新型复合功能纳米催化剂的制备方法包括一下几个步骤：(1)将尿素研磨成粉末，倒入带盖的氧化铝坩埚中，放入80℃烘箱中干燥4h。马弗炉温度设定550℃，灼烧2h，升温速率5℃/min。待炉内温度降至室温后取出，用无水乙醇及去离子水反复洗涤数次，干燥后研磨，得淡黄色粉末状多孔的石墨相氮化碳(g-C3N4)。(2)将步骤(1)中经过无水乙醇洗涤干燥后制得的石墨相氮化碳粉末加入去离子水后，加入摩尔比4∶1的Fe(NO3)3·9H2O和Ni(NO3)2·6H2O形成溶液A，随后超声分散10min。(3)另取40mL去离子水，加入40mmol氢氧化钠和4mmol碳酸钠形成溶液B。将B缓慢滴入A中，剧烈搅拌4h后离心，用去离子水洗涤沉淀物数次至中性。60℃干燥12h即得层状镍铁水滑石负载石墨相氮化碳复合材料。本专利技术还提供一种将上述负载型石墨相氮化碳复合材料在降解亚甲基蓝的应用。具体步骤包括如下：将负载型石墨相氮化碳复合材料按1.0g/L～1.5g/L的比例投加到浓度为10mg/L的亚甲基蓝的溶液中，加入过硫酸钠，反应在自然光或黑暗的条件下进行，反应温度为室温，反应时间为60min，即可完成全部的亚甲基蓝降解。上述步骤中描述的应用方法，过硫酸钠与亚甲基蓝摩尔比为20∶1。附图说明图1：为实施例2制得的负载Ni/Fe的新型复合材料的X射线衍射图。图2：为实施例2制得的负载Ni/Fe的新型复合材料的X射线光电子能谱图图3：为实施例2制得的负载Ni/Fe的新型复合材料的扫描电镜图图4：为实施例2制得的负载Ni/Fe的新型复合材料的透射电镜图具体实施方式下面结合具体实施案例，进一步阐述本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。实施例11)将10g尿素研磨成粉末，倒入带盖的氧化铝坩埚中，放入80℃烘箱中干燥4h，得粉末A。2)将上述粉末A置于马弗炉，温度设定550℃，灼烧2h，升温速率5℃/min。待炉内温度降至室温后取出，得粉末B。3)将粉末B用无水乙醇及去离子水反复洗涤数次，干燥后研磨，得淡黄色粉末状石墨相氮化碳。实施例21)将10g尿素研磨成粉末，倒入带盖的氧化铝坩埚中，放入80℃烘箱中干燥4h，得粉末A。2)将上述粉末A置于马弗炉，温度设定550℃，灼烧2h，升温速率5℃/min。待炉内温度降至室温后取出，得粉末B。3)将粉末B用无水乙醇及去离子水反复洗涤数次，干燥后研磨，得淡黄色粉末状多孔石墨相氮化碳g-C3N4。4)在40mL去离子水中加入摩尔比4∶1的Fe(NO3)3·9H2O和Ni(NO3)2·6H2O形成溶液A。5)向其中加入一定量的多孔石墨相氮化碳g-C3N4，随后超声分散10min。6)另取40mL去离子水，加入40mmol氢氧化钠和4mmol碳酸钠形成溶液B。7)将溶液B缓慢滴入溶液A中，剧烈搅拌4h后离心，用去离子水洗涤沉淀物数次至中性。60℃干燥12h可得层状镍铁水滑石负载石墨相氮化碳复合材料g-C3N4@NiFe-LDH。上述制备的层状镍铁水滑石(NiFe-LDH)负载石墨相氮化碳复合材料的X射线衍射图片如图1所示，从图中可以看到，g-C3N4@NiFe-LDH样品有明显的特征衍射峰。特征峰分别对应于g-C3N4、NiFe-LDH的晶面，表明二者成功复合在一起。上述制备的层状镍铁水滑石负载石墨相氮化碳复合材料的X射线光电子能谱图片如图2所示，证明NiFe-LDH已成功负载在g-C3N4上。上述制备的层状镍铁水滑石负载石墨相氮化碳复合材料的扫描电镜图片如图3所示，可以看出NiFe-LDH覆盖在g-C3N4上，且二者结合良好。上述制备的层状镍铁水滑石负载石墨相氮化碳复合材料的透射电镜图片如图4所示，可以看出，复合后的物质仍然具有片层状结构，g-C3N4与NiFe-LDH的基本形貌保持不变。实施例31)将负载型石墨相氮化碳复合材料按1.0g/L～1.5g/L的比例投加到浓度为10mg/L的亚甲基蓝的溶液中，2)过硫酸钠与亚甲基蓝摩尔比为20∶1。加入过硫酸钠，反应在自然光或黑暗的条件下进行，反应温度为室温，反应时间为60min，即可完成全部的亚甲基蓝降解。上述的制备的新型符合材料进行对亚甲基蓝的降解应用，g-C3N4活化过硫酸盐120min降解率达到93.8％，NiFe-LDH活化过硫酸盐120min降解率达到71.3％，而g-C3N4@NiFe-LDH活化过硫酸盐，仅60min降解率就达到99.7％，可见g-C3N4@NiFe-LDH活化过硫酸盐降解亚甲基蓝效果显著。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载型石墨相氮化碳复合材料，其特征在于，该复合材料为层状镍铁水滑石(NiFe‑LDH)负载石墨相氮化碳：所述的石墨相氮化碳为多孔结构，孔径大小为50m‑100m，比表面积为10m

【技术特征摘要】
1.一种负载型石墨相氮化碳复合材料，其特征在于，该复合材料为层状镍铁水滑石(NiFe-LDH)负载石墨相氮化碳：所述的石墨相氮化碳为多孔结构，孔径大小为50m-100m，比表面积为10m2/g～80m2/g，Ni-Fe均匀生长在石墨相氮化碳的表面及孔道里。2.权利要求1所述的负载型石墨相氮化碳复合材料，其特征在于，Fe、Ni同时负载于石墨相氮化碳。3.权利要求1-2任一项所述负载型石墨相氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将尿素研磨成粉末，倒入带盖的氧化铝坩埚中，放入80℃烘箱中干燥4h。马弗炉温度设定550℃，灼烧2h，升温速率5℃/min。待炉内温度降至室温后取出，用无水乙醇及去离子水反复洗涤数次，干燥后研磨，得淡黄色粉末状多孔的石墨相氮化碳(g-C3N4)。(2)将步骤(1)中经过无水乙醇洗涤干燥后制得的石墨相氮化碳粉末加入去离子水后，加入摩尔比4∶1的Fe(NO3)3·9H2O和Ni(NO3)2·6H2O形成溶液A，随后超声分散10min。(3)另取40mL去离子水，加入40mmol氢氧化钠和4mmol碳酸钠形成溶液B。将B缓慢滴入A中，剧烈搅拌4h后离心，用去离子水洗涤沉淀物数次至中性。60℃干燥12h即得Ni-Fe联合负载石墨相氮化碳复合材料。4.权利要求3所述负载...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽娟，路井义，蔡俊，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12