一种可见光催化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种可见光催化材料及其制备方法和应用，属于催化剂技术领域。本发明专利技术提供的可见光催化材料，包括载体和负载在载体表面的活性组分；所述载体为导电陶瓷；所述活性组分为P‑C

A visible light catalytic material and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种可见光催化材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及催化剂
，具体涉及一种可见光催化材料及其制备方法和应用。
技术介绍
光催化技术可以直接、有效地利用太阳能降解环境中的污染物，在解决环境污染和能源匮乏方面显示出巨大的应用潜力。但是由于太阳光中大约45％是可见光，紫外光的比例还不到5％，所以为了能更高效的利用太阳光，开发具有可见光催化活性的光催化剂对于光催化技术的发展和应用至关重要。g-C3N4作为新型非金属光催化材料，易于制备，有着优异的物理和化学稳定性以及良好的光电性能，与传统的TiO2光催化剂相比，g-C3N4吸收光谱范围更宽，仅在普通可见光下就能起到光催化作用。然而单一的g-C3N4光催化剂存在着对可见光的利用率低、光生电子对分离效率低和复合率高等问题，导致其光催化效率较低。通过对g-C3N4光催化剂进行改进能够改善其催化性能。目前，对g-C3N4光催化剂进行改进的方法主要有形貌和结构调控、非金属掺杂、金属掺杂、贵金属沉积及与其他半导体材料复合等方法。然而现有的对g-C3N4光催化剂的改进方法仍然普遍存在光生电子和空穴复合率高以及光的利用率低等问题，进而导致光催化剂的光催化效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可见光催化材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的可见光催化材料具有优异的可见光催化性能且回收率高。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种可见光催化材料，包括载体和负载在载体表面的活性组分；所述载体为导电陶瓷；所述活性组分为P-C3N4、氧化石墨烯和钒酸铋；所述导电陶瓷的制备原料包括石墨烯、氧化铝和氧化锌。优选地，所述P-C3N4、氧化石墨烯和钒酸铋的质量比为1:(0.005～0.006):(2.5～3.5)。优选地，所述石墨烯、氧化铝和氧化锌的质量比为1:(8～9):(1～2)。优选地，所述导电陶瓷的制备方法包括将石墨烯、氧化铝和氧化锌混合，依次进行破碎、压片成型和烧结，得到导电陶瓷。优选地，所述烧结的温度为1350～1360℃，时间为0.9～1.1h。本专利技术提供了上述技术方案所述可见光催化材料的制备方法，包括以下步骤：将P-C3N4、氧化石墨烯和水混合，进行改性处理，得到P-C3N4/GO；将所述P-C3N4/GO、偏钒酸铵、水和硝酸铋的醋酸溶液混合，进行复合反应，得到P-C3N4/RGO/BiVO4；将所述P-C3N4/RGO/BiVO4、粘结剂和溶剂混合，将所得混合液在所述导电陶瓷的表面进行涂膜，得到可见光催化材料。优选地，所述改性处理的温度为5～40℃，时间为9～13h。优选地，所述复合反应的温度为135～145℃，时间为11～13h。优选地，所述混合液的质量和导电陶瓷的面积的比为(1～2.5)mg：1cm2。本专利技术还提供了上述技术方案所述的可见光催化材料或上述技术方案所述制备方法制备的可见光催化材料在污水处理中的应用。本专利技术提供了一种可见光催化材料，包括载体和负载在载体表面的活性组分；所述载体为导电陶瓷；所述活性组分为P-C3N4、氧化石墨烯和钒酸铋；所述导电陶瓷的制备原料包括石墨烯、氧化铝和氧化锌。本专利技术提供的可见光催化材料为Z型异质结光催化剂，其电子转移路径类似英文字母Z，P-C3N4和BiVO4都可以受可见光激发生成光生电子和空穴，半导体P-C3N4的VB电位更正于BiVO4的VB电位，且半导体BiVO4的CB电位更负于P-C3N4的CB电位，BiVO4导带上的电子会传递到P-C3N4的价带上并与其空穴复合；此时，半导体P-C3N4的VB电位上的空穴更具有氧化能力，半导体BiVO4的CB电位上的电子更具有还原能力；同时还原氧化石墨烯(RGO)可以作为电子传递介质增强上述过程；导电陶瓷起支撑作用，而且导电陶瓷具有导电性能，也会起到传递电子的作用，能够提高可见光催化材料的光催化效率和回收效率。因而本专利技术制备的可见光催化材料具有优异的可见光催化的效率和回收效率。附图说明图1为可见光催化材料的催化机理图；图2为实施例1～3和对比例1～2制备的可见光催化材料对诺氟沙星的去除效果图。具体实施方式本专利技术提供了一种可见光催化材料，包括载体和负载在载体表面的活性组分；所述载体为导电陶瓷；所述活性组分为P-C3N4、氧化石墨烯和钒酸铋；所述导电陶瓷的制备原料包括石墨烯、氧化铝和氧化锌。在本专利技术中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。在本专利技术中，所述P-C3N4、氧化石墨烯和钒酸铋的质量比优选为1:(0.005～0.006):(2.5～3.5)，更优选为1:(0.005～0.006):(3～3.5)。在本专利技术中，所述钒酸铋优选为单斜白钨矿型钒酸铋。在本专利技术中，所述石墨烯、氧化铝和氧化锌的质量比优选为1:(8～9):(1～2)，更优选为1:(8.5～9):(1.5～2)，最优选为1:9:2。本专利技术以特定组成的导电陶瓷作为载体，主要起支撑作用。在本专利技术中，所述导电陶瓷的制备方法优选包括以下步骤：将石墨烯、氧化铝和氧化锌混合，依次进行破碎、压片成型和烧结，得到导电陶瓷。在本专利技术中，所述破碎优选为球磨，更优选为湿磨；所述湿磨采用的溶剂优选为乙醇；所述球料比优选为2:1。在本专利技术中，所述石墨烯、氧化铝、氧化锌的用量比优选为1g:(8～9)g:(1～2)g:(500～600)mL，更优选为1g:(8.5～9)g:(1.5～2)g:(500～550)mL，最优选为1g:9g:2g:500mL。在本专利技术中，所述湿磨的时间优选为3～5h，更优选为4h。完成所述破碎后，本专利技术优选还包括将所得粉料进行干燥；所述干燥的温度优选为110～130℃，更优选为120℃；所述干燥的时间优选为10～12h，更优选为12h。在本专利技术中，所述压片成型的压力优选为10～14MPa，更优选为12MPa；压制时间优选为3～4min。在本专利技术中，所述压片成型所得陶瓷坯体的尺寸优选为(2.5～3.5)cm×(1.5～2.5)cm×(0.9～1.1)mm，更优选为3cm×2cm×1mm。在本专利技术中，所述烧结的气氛优选为氮气；所述烧结的升温速率优选为3～7℃/min，更优选为4～6℃/min；所述烧结的温度优选为1350～1360℃，更优选为1360℃；所述烧结的时间优选为0.9～1.1h，更优选为1h，所述烧结的时间优选以温度升至烧结所需温度开始计时。在本专利技术中，随着温度升高，陶瓷坯体中具有比表面大、表面能较高的粉粒，向降低表面能的方向变化，不断进行物质迁移，晶界随之移动，气孔逐步排除，产生收缩，使得所得导电陶瓷具有一定强度和致密度。完成所述烧结后，本专利技术优选将所得陶瓷冷却至室温后依次进行洗涤和干燥，得到导电陶瓷。在本专利技术中，所述洗涤优选在超声条件、分别依次采用乙醇和水洗涤，所述洗涤的时间独立地优选为20min。在本专利技术中，所述陶瓷和乙醇的体积比优选为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可见光催化材料，其特征在于，包括载体和负载在载体表面的活性组分；所述载体为导电陶瓷；所述活性组分为P-C

【技术特征摘要】
1.一种可见光催化材料，其特征在于，包括载体和负载在载体表面的活性组分；所述载体为导电陶瓷；所述活性组分为P-C3N4、氧化石墨烯和钒酸铋；所述导电陶瓷的制备原料包括石墨烯、氧化铝和氧化锌。


2.根据权利要求1所述的可见光催化材料，其特征在于，所述P-C3N4、氧化石墨烯和钒酸铋的质量比为1:(0.005～0.006):(2.5～3.5)。


3.根据权利要求1所述的可见光催化材料，其特征在于，所述石墨烯、氧化铝和氧化锌的质量比为1:(8～9):(1～2)。


4.根据权利要求1或3所述的可见光催化材料，其特征在于，所述导电陶瓷的制备方法包括将石墨烯、氧化铝和氧化锌混合，依次进行破碎、压片成型和烧结，得到导电陶瓷。


5.根据权利要求4所述的可见光催化材料，其特征在于，所述烧结的温度为1350～1360℃，时间为0.9～1.1h。


6.权利要求1～5任一项所述可见光催化材料的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：于宏兵，王美阳，董恒，于晗，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12