本发明专利技术提供一种新型微波法制备F掺杂的g‑C
【技术实现步骤摘要】
一种新型微波法制备F掺杂g-氮化碳光催化材料及其应用
本专利技术属于分析化学
，具体涉及一种新型微波法制备F掺杂g-C3N4材料及其应用。
技术介绍
目前，随着社会经济的发展，废水中的药品及个人护理用品已成为一类新兴污染物，主要包括人用和兽用药物、兴奋剂、显影剂、化妆品等。PPCPs的大量产生对生态环境及人类健康具有很大威胁。最近的研究表明，某些PPCPs不能被生物废水和常规饮用水处理工艺去除，包括混凝，沉淀和过滤。因此，需要寻找替代处理技术，而光催化处理的主要优点在于利用太阳光活化反应物，从而避免苛刻的反应条件和使用有毒的活性试剂。但是，其应用于水处理进展缓慢，主要原因是缺乏大规模廉价适用的光催化剂材料。石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种新型廉价的非金属半导体聚合物。它不仅易于制备，具有很好的稳定性和无毒性，而且具有独特的电子结构，已被广泛用于污染物的降解，光催化制氢，二氧化碳的还原生产等方面。但g-C3N4因为光利用率低，光诱导空穴/电子对的快速重组和缺乏反应性位点，其光催化效率被严重限制。为此，前期文献报道了大量关于碳材料结构改性的工作，例如结构修饰，阳离子和阴离子掺杂，优势晶面调控，与半导体或金属耦合等。其中，缺陷已被证明能够有效地调节半导体的性能，在g-C3N4骨架中形成氮缺陷是增强电荷转移和可见光光催化性能的有效方法。为了提高g-C3N4的光催化性能，有人提出掺杂C，S和F等非金属元素来增加缺陷，增强太阳光的吸收及其光催化活性。特别是，掺杂高电负性元素增强电场效应已经成为一种有效的方法，可以促进电场形成，增大其比表面积和光催化剂表面的光生电荷分离。目前，微波技术已经在光催化领域获得了极大地运用，主要基于微波可以激发分子旋转，但能量很弱。微波光子的能量不足以破坏氢键，它也比布朗运动小得多，并且不能引起化学反应，这与传统的加热方法或直接刻蚀方法有本质区别。Gawande等人综述了微波辅助合成用于快速组装纳米材料和有机物（M.B.Gawande,S.N.Shelke,R.ZborilandR.S.Varma,Microwave-AssistedChemistry:SyntheticApplicationsforRapidAssemblyofNanomaterialsandOrganics.,Acc.Chem.Res,2014,47,1338−1348.）。Lu等人介绍了一种简便且通用的微波辅助水热法，可在各种基材表面上快速整合共形层状质子化钛酸酯纳米阵列涂层。（X.XLu,S.Hoang,W.X.Tang,S.C.Du,S.B.Wang,F.Y.Liu,W.Zhong,S.L.Suib,G.QYang,F.Y.ZhangandP.X.Gao,DirectSynthesisofConformalLayeredProtonatedTitanateNanoarrayCoatingsonVariousSubstrateSurfacesBoostedbyLow-TemperatureMicrowave-AssistedHydrothermalSynthesis.,ACSAppl.Mater.Interfaces,2018,10,35164-35174.）。根据以上研究，微波法已被广泛应用于光催化材料的改性或直接用于合成新材料。因此，在可控条件下对g-C3N4的表面进行刻蚀而不破坏其骨架结构，微波不会影响材料本身的结构并保持氮化碳优异的光催化性能。但目前，少有将掺杂技术和微波消解技术共同应用于材料的缺陷制备。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种新型微波法制备F掺杂的缺陷型g-C3N4光催化材料的方法，可以大幅提高材料的光催化性能。通过本专利技术的方法将有望在PPCPs的脱除领域引入一种新方法，有助于推动PPCPs控制和功能材料领域的交叉融合。本专利技术的技术方案如下：一种新型微波法制备F掺杂的g-C3N4光催化材料，采用本体g-C3N4通过微波刻蚀后获得，分子式为g-C3NaFb，式中a＋b＝4。由于氟原子具有很强的电负性，是原子半径最小的吸电子基，因此将氟原子引入到光催化材料中可改变其能带结构，增加催化活性位点的数量和可见光吸收效率。本专利技术的F掺杂的g-C3N4沿边缘破裂，表明氢氟酸或含氟元素的盐溶液在微波刻蚀过程中与前驱体如尿素、双氰胺、三聚氰胺或硫脲等反应导致本体g-C3N4骨架碎裂，这也表明纳米尺寸的特征。本专利技术通过廉价的化学材料，如双氰胺、三聚氰胺、尿素或硫脲利用热聚合法制备的本体g-C3N4，再通过氢氟酸或含氟元素的盐溶液微波刻蚀处理后制得的一种新型微波法制备F掺杂的g-C3N4材料。具体的，本专利技术还公开一种上述的新型微波法制备F掺杂的g-C3N4材料的制备方法，包括以下步骤：（1）选用前驱体制备本体g-C3N4材料；（2）对制得的本体g-C3N4进行微波刻蚀，制备新型微波刻蚀F掺杂的g-C3N4；（3）将制得的F掺杂的g-C3N4材料离心清洗，去上清液，清洗，烘干既得。优选的是，步骤（3）之后还包括步骤（4）即研磨后得新型微波法制备F掺杂的g-C3N4材料。上述任一方案中优选的是，优选的是，所述步骤（1）中采用热聚合法制备本体g-C3N4材料。上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中利用马弗炉制备本体g-C3N4，设置升温速率为2-30℃/min加热至450-700℃，并在此温度保持1-10h。上述任一方案中优选的是，设置升温速率为5-25℃/min加热至480-680℃，并在此温度保持2-8h。上述任一方案中优选的是，所述设置升温速率为10-20℃/min加热至500-550℃，并在此温度保持2-4h。上述任一方案中优选的是，设置升温速率为2℃/min加热至450℃，并在此温度保持10h。上述任一方案中优选的是，设置升温速率为5℃/min加热至480℃，并在此温度保持8h。上述任一方案中优选的是，设置升温速率为10℃/min加热至500℃，并在此温度保持4h。上述任一方案中优选的是，设置升温速率为15℃/min加热至525℃，并在此温度保持3h。上述任一方案中优选的是，设置升温速率为18℃/min加热至530℃，并在此温度保持3h。上述任一方案中优选的是，设置升温速率为20℃/min加热至550℃，并在此温度保持2h。上述任一方案中优选的是，设置升温速率为25℃/min加热至650℃，并在此温度保持2h。上述任一方案中优选的是，设置升温速率为30℃/min加热至700℃，并在此温度保持1h。上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中的前驱体包括尿素、双氰胺、三聚氰胺或硫脲中的至少一种。上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中的前驱体的用量为10-15g。上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中的前驱体的用量为10g。上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中的前驱体的用量为12g。上述任一方案中优选的是，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种新型微波法制备F掺杂的g-C
【技术特征摘要】
1.一种新型微波法制备F掺杂的g-C3N4光催化材料，其特征在于：采用本体g-C3N4通过微波刻蚀后获得，分子式为g-C3NaFb，式中a＋b＝4。
2.一种如权利要求1所述的新型微波法制备F掺杂的g-C3N4光催化材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）选用前驱体制备本体g-C3N4材料；
（2）对制得的本体g-C3N4进行微波刻蚀，制备F掺杂g-C3N4材料；
（3）将制得的F掺杂g-C3N4离心清洗，去上清液，清洗，真空烘干既得。
3.根据权利要求2所述的F掺杂g-C3N4材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中利用马弗炉制备本体g-C3N4，设置升温速率为2-30℃/min加热至450-700℃，并在此温度保持1-10h。
4.根据权利要求2所述的F掺杂g-C3N4光催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的前驱体是尿素、双氰胺、三聚氰胺或硫脲中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的F掺杂g-C3N4光催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的微波刻蚀时采用...
【专利技术属性】
技术研发人员：白小娟，孙博轩，卢雄威，李海燕，王旭煜，谭朝洪，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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