一种介孔超薄g-C制造技术

本发明专利技术公开了一种介孔超薄g‑C

A kind of mesoporous ultra-thin G-C

【技术实现步骤摘要】
一种介孔超薄g-C3N4光催化纳米片及其制备方法
本专利技术公开了一种介孔超薄g-C3N4光催化纳米片及其制备方法，尤其是涉及一种介孔超薄g-C3N4光催化纳米片的制备方法及由该方法制备得到的介孔超薄g-C3N4光催化纳米片。
技术介绍
随着现代工业的飞速发展，人们在创造巨大财富的同时也加速了对大自然中资源和环境的消耗速度，能源危机和环境污染问题已成为21世纪人类面临和亟待解决的重大问题。因此，开发利用可再生新能源和控制治理环境污染对发展国民经济、实现可持续发展战略具有重大的意义。太阳能具有廉价、清洁、可再生等优点，高效地利用、转化和存储太阳能是实现可持续发展战略的重要途径。半导体光催化技术以太阳能的转化、存储和利用为核心，一方面将太阳能转化为氢能，有望彻底解决化石能源枯竭和温室效应带来的生态问题。另一方面，将太阳能作为能量供给对自然环境中有毒有害的物质进行高效降解消除，为人类的存在环境提供绿色环保的生存空间。半导体光催化技术的核心是光催化材料。经过近40多年的研究，人们开发了一系列宽带隙半导体如TiO2光催化剂等，然而，TiO2仅在紫外光范围有响应，太阳光中紫外光部分不足总能量的5％，太阳光能量主要集中在400～700nm的可见光，因此研制可见光响应的光催化剂是提高太阳能利用率的关键。近年来，类石墨型氮化碳(g-C3N4)，由于带隙较窄(Eg＝2.70eV)，对可见光有响应，具有较高的化学稳定性、容易改性和较高的光催化性能等优点，受到研究者们广泛关注。目前，g-C3N4作为一种新型的非金属光催化剂广泛应用于光解水制氢气及氧气、光催化降解有机污染物、光催化有机合成反应以及光催化还原二氧化碳等领域。然而，光生电子和光生空穴分离效率低，复合程度高，严重影响了其对可见光的响应，制约了g-C3N4在光催化领域的广泛应用。科研人员通过各种手段提高g-C3N4比表面积、抑制光生空穴-电子对的复合、提高量子产率。例如，制备多孔结构、超薄结构以及特殊形貌的g-C3N4聚合物。中国专利技术专利申请CN105597803A利用介孔碳为模板制备介孔氮化碳，具有较高的比表面积，制备的材料具有较高的光催化性能。中国专利技术专利申请CN106861739A利用双层核壳结构的磁性介孔SiO2小球做模板，制备了具有中空核壳结构的磁性介孔氮化碳。中国专利技术专利申请CN103011099A利用外层介孔SiO2包覆的实心SiO2材料制备了球形中空介孔氮化碳。然而，介孔碳模板剂的合成手段较为复杂，成本较高，而SiO2硬模板剂的去除则要用到剧毒的HF或NH4HF2，对人体的伤害较大，从生产安全性和成本考虑均不合适。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种介孔超薄g-C3N4光催化纳米片的制备方法，该方法工艺简单、绿色环保，制备得到的g-C3N4具有较高的光催化活性。本专利技术的另一目的是提供一种介孔超薄g-C3N4光催化纳米片，其具有较高的光催化活性，且生产成本低廉，适合工业化使用。本专利技术的上述专利技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种介孔超薄g-C3N4光催化纳米片的制备方法，包括以下制备步骤：A、合成聚合羟基咪唑盐：取羟基咪唑盐单体与引发剂偶氮二异丁腈溶解于有机溶剂中，搅拌加热反应制备得到聚合羟基咪唑盐；所述聚合羟基咪唑盐的化学结构式如下：所述结构式中的m≥5，n＝1-4，X＝NO3、Br。B、取聚合羟基咪唑盐加入去离子水中，待其完全溶解后，取三聚氰胺加入到上述溶液中，加热回流反应，然后蒸干水溶剂，干燥，将所得干凝胶放入马弗炉中，焙烧，得到介孔超薄g-C3N4光催化纳米片。本专利技术利用聚合羟基咪唑盐为模板剂制备介孔氮化碳，以三聚氰胺为前驱体，将其分散于含有聚合羟基咪唑盐的热水溶液中混合搅拌均匀，除去水溶剂，充分干燥后，在马弗炉中热缩聚制备介孔超薄g-C3N4光催化纳米片，同时脱除聚合羟基咪唑盐模板剂。该方法工艺简单、成本低廉、绿色环保，制备得到的g-C3N4具有较高的光催化活性。进一步的，所述聚合羟基咪唑盐、沸水和三聚氰胺的质量比为(0.1-0.8)∶20∶6。优选的，所述回流反应的温度是85～110℃，回流反应的时间为60～120min。回流温度过低或回流时间过短，聚合羟基咪唑盐不能和三聚氰胺均匀混合，在最终的产物形成过程中会出现产物孔分布不均一的情况。回流温度过高或回流时间过长，一方面对前驱体的形成不利，另一方面也造成能源的浪费。优选的，所述干燥的温度为60～120℃，干燥时间为8～24h。干燥温度过低或干燥时间过短，水溶剂不能完全去除，在下一步的焙烧过程中对g-C3N4产物的形成有影响。干燥温度过高或干燥时间过长，会形成不必要的能源浪费。优选的，所述焙烧的温度为500～700℃焙烧4～8h。这是由于三聚氰胺的热缩聚反应在大于500℃发生，而当温度过高时，聚合反应的产物g-C3N4同时也可以进一步分解产生NH3而导致产率急剧下降，因此控制合理的热缩聚温度及相应的反应时间是必要的。优选的，所述焙烧在空气气氛中。优选的，所述蒸干水溶剂在敞口状态下蒸干，目的是脱除水溶剂。优选的，所述步骤A中的有机溶剂为三氯甲烷或者四氢呋喃。优选的，所述步骤A中合成聚合羟基咪唑盐的具体方法为：称取羟基咪唑盐单体和偶氮二异丁腈充分溶于三氯甲烷或四氢呋喃中，氮气气氛下加热至60-90℃搅拌24-48h，反应结束后抽滤，得到白色固体用丙酮洗涤，60-80℃真空干燥后得到白色粉末即为聚合羟基咪唑盐。优选的，所述步骤A中的羟基咪唑盐单体的结构式为：所述结构式中的n＝1-4，X＝NO3、Br。优选的，所述羟基咪唑盐单体为1-羟丙基-3-乙烯基咪唑溴盐、1-羟丙基-3-乙烯基咪唑硝酸盐、羟乙基-3-乙烯基咪唑溴盐或1-羟乙基-3-乙烯基咪唑硝酸盐。本专利技术所使用的羟基咪唑盐单体可以为目前市面上市售的产品，也可以自己合成，该合成方法可参考论文：郑勇，刘帅，郑永军，武卫明，王振，羧基、羟基功能化离子液体的合成与表征，广州化工，2017，45(8)：94-95所公开的方法，可以采用以下的制备方法制得，但也可以采用其他的制备方法获得，或者以其他途径获得。1-羟丙基-3-乙烯基咪唑溴盐合成：将N-乙烯基咪唑、2-溴丙醇按摩尔比1∶(0.8-1.5)的比例加入到圆底烧瓶中，在60-90℃下混合搅拌。随着反应的进行，体系逐渐由原来的无色透明液体变为带有一定粘度的淡黄色溶液。反应结束后将粗产物用乙酸乙酯反复洗涤三次，以除去未反应的原料杂质。再将处理过的离子液体放到真空干燥箱内60-80℃干燥12-24h，得到黄棕色粘稠状液体1-羟丙基-3-乙烯基咪唑溴盐备用。通过离子交换反应制备1-羟丙基-3-乙烯基咪唑硝酸盐：准确称取等摩尔质量的硝酸钠和由上述方法制备得到的1-羟丙基-3-乙烯基咪唑溴盐加入磨口碘量瓶中，磨口碘量瓶上安一个装有氯化钙的干燥管并与大气连通，向碘量瓶中加入10倍左右体积量的丙酮，磁力搅拌。连续反应16-24h后，停止搅拌，过滤除去沉淀物溴化钠。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种介孔超薄g-C

【技术特征摘要】
1.一种介孔超薄g-C3N4光催化纳米片的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
A、合成聚合羟基咪唑盐：取羟基咪唑盐单体与引发剂偶氮二异丁腈溶解于有机溶剂中，搅拌加热经过聚合反应得到聚合羟基咪唑盐；所述聚合羟基咪唑盐的化学结构式如下：

所述结构式中的m≥5，n＝1-4，X＝NO3、Br；
B、取聚合羟基咪唑盐加入去离子水中，待其完全溶解后，取三聚氰胺加入到上述溶液中，加热回流反应，然后蒸干水溶剂，干燥，将所得干凝胶放入马弗炉中，焙烧，得到介孔超薄g-C3N4光催化纳米片。


2.根据权利要求1所述的一种介孔超薄g-C3N4光催化纳米片的制备方法，其特征在于：所述聚合羟基咪唑盐、去离子水和三聚氰胺的质量比为(0.1-0.8)∶20∶6。


3.根据权利要求1所述的一种介孔超薄g-C3N4光催化纳米片的制备方法，其特征在于：所述回流反应的温度是85～110℃，回流反应的时间为60～120min；所述干燥的温度为60～120℃，干燥时间为8～24h。


4.根据权利要求1所述的一种介孔超薄g-C3N4光催化纳米片的制备方法，其特征在于：所述焙烧的温度为500～700℃焙烧4～8h。


5.根据权利要求1所述的一种介孔超薄g-C3N4光催化纳米片的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新海，杨晓龙，汪妍，
申请(专利权)人：江苏捷斯安环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32