土壤修复用类石墨相氮化碳复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了土壤修复用类石墨相氮化碳复合材料及其制备方法与应用。该复合材料包括以下原料：二氧化钛材料、石墨烯材料和g‑C

【技术实现步骤摘要】
土壤修复用类石墨相氮化碳复合材料及其制备方法与应用
本专利技术属于光降解
，具体涉及土壤修复用类石墨相氮化碳复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
日益严重的环境问题对社会的发展有着极大的制约，土壤有机物污染成为了我们日益关注的问题。土壤有机物污染是指有毒有害有机物质进入土壤后，其数量和速度超过了土壤的净化作用的速度，破坏了自然动态平衡，使污染物的积累过程逐渐占据优势，从而导致土壤自然正常功能失调，土壤质量下降，并影响到作物的生长发育，以及产量和质量下降。含有有机物的土壤面临着如何进行安全处理的迫切需求，对它们进行安全、快捷、高效的处理是目前环境治理和保护领域中的重点。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，如何高效、经济地利用太阳能来解决环境问题成为了研究者们为之努力的目标。其中，光催化剂作为转化太阳能的纽带，它的发展受到了研究者们的广泛关注。二氧化钛自上世纪末以来受到研究者的广泛关注，其表现出的光催化性为解决环境及能源问题提供了光明的应用前景。但是由于二氧化钛属于禁带宽度较大的光催化材料，无法利用太阳光中的可见光部分，所以对太阳光的利用效率极低，同时，光催化反应时，电子与空穴易复合导致其光催化效率较低。石墨烯，作为非金属光催化剂的代表材料之一，具有高比表面积、强导电性及强吸附性能，已经成为光催化半导体材料复合
中最为理想的载体材料之一。TiO2与石墨烯的复合，可以增强复合材料的光催化活性；但是这种复合材料依然只具有紫外光响应。而太阳光中仅有3％～5％的紫外光，因此TiO2与石墨烯的复合也不能很好的利用太阳光。g-C3N4材料(类石墨相氮化碳)由于存在电子与空穴的复合率高、电子电导率低和无法利用460nm以上的太阳光等不足，使其在光催化领域的应用受到限制。基于此，需要开发土壤修复用g-C3N4复合材料，该g-C3N4复合材料光降解效率高。
技术实现思路
本专利技术要解决的第一个技术问题为：土壤修复用g-C3N4复合材料，该复合材料光降解效率高。本专利技术要解决的第二个技术问题为：上述g-C3N4复合材料的制备方法。本专利技术要解决的第三个技术问题为：上述g-C3N4复合材料的应用。为解决上述第一个技术问题，本专利技术提供的技术方案为：土壤修复用g-C3N4复合材料，包括以下原料：二氧化钛材料、石墨烯材料和g-C3N4材料；所述g-C3N4材料为片层材料；所述二氧化钛材料为二氧化钛纳米棒阵列；所述石墨烯材料表面分布有g-C3N4材料；所述石墨烯材料表面分布有二氧化钛材料；其中，所述g-C3N4材料的厚度为15nm～300nm、长度为50nm～100nm；所述石墨烯材料的长度为500nm～3000nm；所述二氧化钛纳米颗粒的直径为30nm～50nm。石墨烯纳米片作为二维层状的载体与g-C3N4/TiO2复合，生成新的异质结构催化剂。石墨烯纳米片边缘结构的独特性决定其可以改变自身的禁带宽度。当石墨烯纳米片的宽度变小的时候，带隙能变小，而且尺寸变小，比表面积变大。通过增加比表面积和降低电子-空穴复合效率来提高光催化性能。根据本专利技术的一些实施方式，所述石墨烯材料为改性石墨烯材料。根据本专利技术的一些实施方式，所述改性石墨烯材料为表面羧基化石墨烯材料。根据本专利技术的一些实施方式，所述g-C3N4材料为改性g-C3N4材料。根据本专利技术的一些实施方式，所述改性g-C3N4材料为铁掺杂g-C3N4材料。根据本专利技术的一些实施方式，所述二氧化钛材料、石墨烯材料和g-C3N4材料的质量比为50～100:1～2:25～50。根据本专利技术实施方式的g-C3N4复合材料，至少具备如下有益效果：本专利技术利用了复合材料在二氧化钛/g-C3N4之间形成异质结，提高了电子和空穴的分离效率，同时石墨烯也具有超高的导电能力，实现了将光生电子快速转移。三维结构的石墨烯材料具有大的比表面积和大量的孔结构，有利于吸附废水中的六价铬，并对其进行还原，提高还原效率。为解决上述第二个技术问题，本专利技术提供的技术方案为：上述g-C3N4复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、石墨烯材料的制备；S2、g-C3N4材料的制备；S3、二氧化钛材料的制备：将钛盐溶解于盐酸中，控制温度反应，固液分离，收集固相，得到二氧化钛材料；S4、g-C3N4复合材料的制备：称取石墨烯材料、g-C3N4材料和二氧化钛材料；溶解于有机溶剂中，超声分散，蒸发溶剂后即得所述g-C3N4复合材料。根据本专利技术的一些实施方式，所述石墨烯材料的制备方法包括以下步骤：S01、用Hummers法制备氧化石墨烯。根据本专利技术的一些实施方式，所述石墨烯材料的制备方法还包括以下步骤：S02、将氧化石墨烯超声分散于有机溶剂中，然后加入碱和氯乙酸，控制温度反应，固液分离，收集固相，洗涤，干燥即得羧基化氧化石墨烯；根据本专利技术的一些实施方式，步骤S02中所述有机溶剂为酰胺类化合物；优选地，所述酰胺类化合物为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)。根据本专利技术的一些实施方式，步骤S02中所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种。根据本专利技术的一些实施方式，步骤S02中所述氧化石墨烯、碱和氯乙酸物质的量之比为1:10～13:10～13。根据本专利技术的一些实施方式，步骤S02中所述温度为20℃～30℃。根据本专利技术的一些实施方式，步骤S02中所述时间为12h～14h。根据本专利技术的一些实施方式，所述g-C3N4材料的制备方法包括以下步骤：S001、将含碳氮有机物与三聚氰酸研磨混合，制备前驱体；S002、将前驱体倒入坩埚中进行煅烧，反应得到g-C3N4材料；其中，所述碳氮有机物为三聚氰胺、二氰胺和氰胺中的至少一种；所述煅烧的温度为600℃～700℃。根据本专利技术的一些实施方式，所述g-C3N4材料的制备方法还包括对g-C3N4材料的改性处理。根据本专利技术的一些实施方式，所述g-C3N4材料的改性处理包括以下步骤：S003、将铁离子液体添加至有机溶剂中，再添加所述g-C3N4材料，超声后烘干，得铁离子改性g-C3N4材料。根据本专利技术的一些实施方式，所述铁离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑四氯铁酸盐和氯化1-乙基-3-甲基咪唑中的至少一种。根据本专利技术的一些实施方式，所述铁离子液体与g-C3N4材料的质量比为1:9～11。根据本专利技术的一些实施方式，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇和丙醇中至少一种。根据本专利技术的一些实施方式，所述有机溶剂包括醇类化合物和酰胺类化合物中的至少一种；优选地，所述醇类化合物包括乙醇、丙醇和异丙醇中的至少一种；优选地，所述酰胺类化合物包括DMF。根据本专利技术的一些实施方式，所述钛盐包括四氯化钛、钛酸四丁酯、硫酸钛和硫酸氧钛中的至少一种。根据本专利技术的实施方式的g-C3N4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.土壤修复用g-C

【技术特征摘要】
1.土壤修复用g-C3N4复合材料，其特征在于：包括以下原料：二氧化钛材料、石墨烯材料和g-C3N4材料；
所述g-C3N4材料为片层材料；
所述二氧化钛材料为二氧化钛纳米颗粒；
所述石墨烯材料表面分布有g-C3N4材料；
所述石墨烯材料表面分布有二氧化钛材料；
其中，所述g-C3N4材料的厚度为15nm～300nm、长度为50nm～1000nm；
所述石墨烯的长度为500nm～3000nm；
所述二氧化钛纳米颗粒的直径为30nm～50nm。


2.根据权利要求1所述的土壤修复用g-C3N4复合材料，其特征在于：所述石墨烯材料为改性石墨烯材料；优选地，所述改性石墨烯材料为表面羧基化石墨烯材料。


3.根据权利要求1所述的一种土壤修复用g-C3N4复合材料，其特征在于：所述g-C3N4材料为改性g-C3N4材料；优选地，所述改性g-C3N4材料为铁掺杂g-C3N4材料。


4.根据权利要求1所述的一种土壤修复用g-C3N4复合材料，其特征在于：所述二氧化钛材料、石墨烯材料和g-C3N4材料的质量比为50～100:1～2:25～50。


5.一种制备如权利要求1至4任一项所述的g-C3N4复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、石墨烯材料的制备；
S2、g-C3N4材料的制备；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张光文，胡桂星，龙海威，
申请(专利权)人：中煤嘉沣湖南环保科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43