一种石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂及其一步法制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了种石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂及其一步法制备方法和应用，尿素和过渡金属盐化合物经过加热熔融可以形成低共熔溶剂体系，将涤纶织物置于此体系后，涤纶纤维发生轻微溶胀，有利于尿素分子进入并渗透涤纶纤维表层，从而在高温高压条件下形成石墨相氮化碳，使其被更加牢固的固定在纤维表面，另外，未被固定于纤维表面的石墨相氮化碳逐渐形成沉淀。所制备的催化剂用于室内空气净化时可使甲醛等污染物快速降解并在90分钟内使其去除率达到99％以上；而且，循环利用性能优异，而且经过水洗依然能够具有优异的催化性能。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂及其一步法制备方法和应用
本专利技术涉及化工催化剂技术，具体为一种石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂及其一步法制备方法和应用，具体为一种促进室内甲醛气体等有机污染物分解的石墨相氮化碳(g-C3N4)改性织物可见光催化剂及其制备方法。
技术介绍
室内有害气体主要有装饰材料等放出的甲醛及生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢及氨气等。其中甲醛对人体的危害最为严重，已经成为室内污染中危害最大的污染物，其对人体的眼睛、呼吸道以及皮肤等都有强烈刺激性，长期接触低浓度甲醛会引起恶心、支气管炎、结膜炎等症状。纳米二氧化钛通过光催化作用可将吸附于表面的甲醛等空气污染物分解氧化，从而使空气中甲醛的浓度降低，减轻或消除环境不适感。作为一种廉价的环境友好的材料，纳米二氧化钛被广泛的用来空气环境中有害气体的处理。将纳米二氧化钛光催化剂应用于纺织品中，其在光照的作用下不仅能有效地降解空气中有毒有害气体，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理，同时还具备除臭、抗污等功能。然而，纳米二氧化钛的能带隙是相对比较宽的(3～3.2eV)，只能吸收太阳光中3～5％左右的紫外光，这极大地限制了纳米二氧化钛的应用[ZhangS,LiJ,ZengM,etal.Insitusynthesisofwater-solublemagneticgraphiticcarbonnitridephotocatalystanditssynergisticcatalyticperformance[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces.2013,5(23):12735-12743.]。因此，开发具有高效的可见光响应的催化剂是非常有必要的。近年来，石墨相氮化碳(g-C3N4)，因其具有可见光响应(带隙为2.7eV)，以及制备方法简单、制备原料来源广泛，且无毒，热稳定性非常好，几乎不受任何酸碱等化学腐蚀，已经成为光催化材料的热门[WangX,BlechertS,AntoniettiM.PolymericGraphiticCarbonNitrideforHeterogeneousPhotocatalysis[J].ACSCatalysis.2012,2(8):1596-1606.]。然而g-C3N4是一种粉末催化剂，它的类石墨相结构，也就是单层氮化碳之间的范德华力作用使得它在水溶液中分散效果极差，从而增加了电子空穴对之间的复合而降低了光催化性能。此外，粉末催化剂都面临着回收利用困难的问题，使得重复利用率差而导致高成本。对粉末催化剂进行改性和负载是目前比较有效可行的方法。但是，g-C3N4通常需要经过高温煅烧处理才能够表现出高催化活性，这对于在不耐高温的纤维材料等方面应用就受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂，不仅比现有放入纳米二氧化钛催化剂具有更高的可见光催化活性，而且g-C3N4不易脱落，在室内可见光条件下也能保持较好的催化性能，且其重复使用性能优良。本专利技术另一目的在于提供一种石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂的一步法制备方法，制备方法简单，能耗小，绿色环保。本专利技术还有一个目的在于提供一种石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂的应用，用于催化室内甲醛气体的氧化降解反应，能够使室内空气中有机污染物如甲醛等更快地进行氧化降解反应，净化室内空气。本专利技术具体技术方案如下：一种石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂的一步法制备方法，包括以下步骤：1)将尿素和过渡金属盐混合后，加热处理，即得改性液；2)将织物置于改性液中，加热反应，即得石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂。步骤1)中所述尿素和过渡金属盐质量比为：0.5-1.5:1。进一步的，步骤1)中所述过渡金属盐为醋酸锌、硫酸锌、硝酸锌、氯化锌或醋酸铜。步骤1)中所述加热处理是指在70℃-90℃处理1-2小时。步骤1)中加热反应后，进行真空干燥，所述真空干燥是指50℃-70℃条件下真空干燥12-24小时。加热后真空干燥，去除体系中的水分。进一步的，步骤1)中，所的改性液密封保存。步骤2)中所述织物优选为涤纶织物。步骤2)中所述织物与改性液的用量比为1：30-60克/毫升。步骤2)中所述加热反应是指将在密闭条件下，180℃-240℃条件下反应12-36小时。优选的，所述反应在具有聚四氟乙烯内衬的高温高压反应釜中进行。进一步的，步骤2)中还包括，加热反应结束后，对所得到的产品洗涤，真空烘干，即可。本专利技术提供的一种石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂，采用上述方法制备得到。所述石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂为在织物上负载g-C3N4纳米片层，负载量为20-60mg/g，产品外观呈淡黄色。本专利技术提供的一种石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂的应用，用于催化甲醛的氧化降解反应，尤其用于催化室内空气中甲醛的氧化降解反应；具体应用方法为：所述石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂制成窗帘，置于室内，用于室内空气中的甲醛催化降解。进一步的，所述的石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂在弱光辐射强度条件下也能保持较好的催化性能。本专利技术中，尿素和过渡金属盐化合物经过加热熔融可以形成低共熔溶剂体系，将涤纶织物置于此体系后，涤纶纤维发生轻微溶胀，有利于尿素分子进入并渗透涤纶纤维表层，从而在高温高压条件下形成石墨相氮化碳，使其被更加牢固的固定在纤维表面。另外，未被固定于纤维表面的g-C3N4逐渐形成沉淀，所构成的低共熔溶剂体系能够极大程度上促进g-C3N4的分散，从而促进g-C3N4与涤纶纤维的结合，使更多的g-C3N4被固定在涤纶纤维表面。另外，在反应生成g-C3N4的过程中会产生氨气副产物，使密封容器中的压力变大，会使得反应加快进行，促使反应在低温条件下进行，进一步降低了能耗和生产成本。此外，涤纶纤维的无定形区玻璃化温度约为67℃，结晶区约为81℃，结晶又取向区域约为120℃。当改性温度超过涤纶纤维玻璃化温度时，纤维无定形区的分子链开始运动；当温度达到120℃以上时，分子链运动加剧，无定形区内微孔张开形成瞬间孔穴，此时小于孔穴尺寸的g-C3N4纳米片层前驱体(尿素)在高温下由于布朗运动也迅速进入瞬间孔穴而进入纤维内部，并发生反应生成g-C3N4纳米片层，当温度降低后，由于微孔收缩，使得g-C3N4纳米片层被留在纤维无定形区。由于g-C3N4在合成过程中被固定于涤纶纤维表面，且催化剂为一步法反应合成，这使得改性涤纶织物催化剂的耐洗性能优异，制备过程简单，成本适中，容易操作，有利于工业化推广。所得到的催化剂对室内空气中甲醛等污染物的氧化降解反应具有更高的催化活性。此外，本专利技术催化剂在弱光辐射强度条件下也能保持较好的催化性能，能够使室内空气中污染物如甲醛等更快地进行氧化降解反应，可多次重复利用。本专利技术通过调节改性反应中尿素的浓度和反应时间以及温度能够控制催化剂中g-C3N4含量，制备出不同性能的系列催化剂产品。通常而言，g-C3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂的一步法制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：/n1)将尿素和过渡金属盐混合后，加热处理，即得改性液；/n2)将织物置于改性液中，加热反应，即得石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂的一步法制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)将尿素和过渡金属盐混合后，加热处理，即得改性液；
2)将织物置于改性液中，加热反应，即得石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述尿素和过渡金属盐质量比为：0.5-1.5:1。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述过渡金属盐为醋酸锌、硫酸锌、硝酸锌、氯化锌或醋酸铜。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述加热处理是指在70℃-90℃处理1-2小时。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中加热反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，王宗乾，李长龙，应丽丽，程绿竹，万颖萍，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34