一种Ag-g-C3N4/生物碳复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种Ag

【技术实现步骤摘要】
一种Ag
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g
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C3N4/生物碳复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光催化材料的制备领域，具体涉及一种利用餐厨垃圾合成Ag
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g
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C3N4/生物碳复合光催化材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]目前多数餐厨垃圾并未实现有效的回收和利用，造成严重的资源浪费与环境安全隐患，同时也给餐厨垃圾处理行业带来较大的压力和挑战。如何实现餐厨垃圾的资源化处理与高值化利用是当前面临的迫切问题，这对于改善环境污染和发展循环经济具有重要意义。
[0003]石墨相氮化碳(g
‑
C3N4)作为一种无金属有机聚合物和可见光驱动半导体光催化剂，具有无毒、廉价、可见光吸收能力强、合适带隙、物理化学稳定性高等优点引起了人们的广泛关注。然而，光生载流子复合率高、可见光利用率低、比表面积小等缺点限制其进一步实际应用。贵金属掺杂、非金属掺杂、合成异质结等改性方法是克服g
‑
C3N4应用阻碍和性能缺点的最好手段。金属Ag修饰之所以可以大大提高半导体光催化材料的光催化性能，是因为：金属Ag负载在半导体表面，可以捕获光生电子，减小光催化过程中光生电子和空穴的复合率，提高光催化的量子效率；通过金属Ag掺杂，使g
‑
C3N4的能带结构发生变化，提高g
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C3N4对可见光的吸收；金属Ag纳米粒子可以通过表面等离子共振效应，增强半导体光催化材料对可见光的吸收。然而，Ag
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g
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C3N4材料比表面积较小，会造成活性位点少、半导体材料与污染物接触面小等缺陷。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有环境问题和技术缺点，本专利技术的目的在于利用餐厨垃圾合成Ag
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g
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C3N4/生物碳复合光催化材料，变废为宝的同时，能够有效解决g
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C3N4作为光催化材料光生载流子复合率高、可见光利用率低、比表面积小等问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种Ag
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g
‑
C3N4/生物碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一：多孔生物碳的制备
[0008]餐厨垃圾收集：从学生餐厅收集的餐厨垃圾主要成分为大米、小麦、水果及少量动物残渣，将餐厨垃圾存水倒干后在空气环境下自然晾干(5天)，然后升温干燥；
[0009]热解制备生物碳：先用氮气冲洗管式炉管道以去除空气，然后将干燥餐厨垃圾放进管式炉，按照25
±
5℃min
‑1速率升温至400
±
50℃热解1～2h，自然冷却后即得多孔生物碳；
[0010]步骤二：Ag
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g
‑
C3N4/生物碳复合光催化材料的制备
[0011]在双氰胺中加入水，磁力搅拌直至完全溶解，逐滴加入硝酸银溶液后持续搅拌2h，在上述混合溶液中缓慢加入生物碳并继续搅拌2h，提高水浴温度至80
±
5℃直至水分蒸干，转至60
±
5℃烘箱干燥2h，最后在马弗炉550
±
50℃煅烧2h，自然冷切后得到Ag
‑
g
‑
C3N4/生物
碳复合材料；所述生物碳和二氰胺的质量比为1:20。
[0012]优选地，步骤二，所述生物碳与硝酸银溶液的质量体积比为0.005～0.015g/mL；硝酸银溶液的浓度为4～12g/L。
[0013]优选地，步骤二，所述磁力搅拌的条件为：40℃水浴温度下1000r/min磁力搅拌1h。
[0014]优选地，步骤一，所述升温干燥的条件为80℃干燥12h。
[0015]所述Ag
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g
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C3N4/生物碳复合光催化材料为g
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C3N4薄片均匀包裹在生物碳表面，单质Ag纳米粒子稳定分散在g
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C3N4薄片表面，其中Ag纳米粒子的粒径范围为4
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30nm。
[0016]所述Ag
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g
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C3N4/生物碳复合材料在光催化降解有机污染物四环素中的应用。
[0017]优选地，将催化剂Ag
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g
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C3N4/生物碳复合材料加入到四环素溶液中，持续搅拌和暗吸附，以保证催化剂的吸附/脱附平衡；待暗吸附完毕后，打开氙灯光照反应。
[0018]优选地，所述暗吸附的时间为30
±
10min，光照反应时间为30～40min。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0020]本专利技术针对现有Ag
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g
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C3N4材料比表面积较小，会造成活性位点少、半导体材料与污染物接触面小等缺陷，将餐厨垃圾通过简单煅烧方法变废为宝，合成具有高比表面积的多孔生物碳作为硬模板进行负载，通过硬模板负载的方法提高Ag
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g
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C3N4材料的比表面积制得高比表面积、高催化活性、高可见光利用效率的Ag
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g
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C3N4/生物碳复合光催化材料。其优势在于Ag
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g
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C3N4/生物碳复合光催化材料在模拟太阳光下，具很高的降解有机污染物能力、物理化学稳定性，当光照时间持续30min，四环素降解率为95.2％，光照时间持续40min，四环素降解率高达100％。催化剂制备易于操作，原料获取方便，制备成本低廉，可以批量生产，是一种适于工业化推广应用的清洁高效和能耗较低的有机污染物治理方法。
附图说明
[0021]图1为所制备g
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C3N4、Ag
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g
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C3N4、Ag
‑
g
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C3N4/生物碳复合光催化材料降解四环素的效果图。
[0022]图2为所制备Ag
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g
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C3N4、生物碳、Ag
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g
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C3N4/生物碳复合光催化材料的XRD图谱。
[0023]图3为所制备(a)g
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C3N4、(b)Ag
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g
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C3N4、(c)生物碳、(d)Ag
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g
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C3N4/生物碳复合光催化材料的SEM照片。
[0024]图4为Ag
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g
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C3N4/生物碳复合光催化材料不同分辨率的TEM照片。
[0025]图5为所制备Ag
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g
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C3N4/生物碳复合光催化材料的EDS图谱。
具体实施方式
[0026本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ag
‑
g
‑
C3N4/生物碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：多孔生物碳的制备餐厨垃圾收集：将餐厨垃圾存水倒干后在空气环境下自然晾干，然后升温干燥；热解制备生物碳：先用氮气冲洗管式炉管道以去除空气，然后将干燥餐厨垃圾放进管式炉，按照25
±
5℃min
‑1速率升温至400
±
50℃热解1～2h，自然冷却后即得多孔生物碳；步骤二：Ag
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g
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C3N4/生物碳复合光催化材料的制备在双氰胺中加入水，磁力搅拌直至完全溶解，逐滴加入硝酸银溶液后持续搅拌2h，在上述混合溶液中缓慢加入生物碳并继续搅拌2h，提高水浴温度至80
±
5℃直至水分蒸干，转至60
±
5℃烘箱干燥2h，最后在马弗炉550
±
50℃煅烧2h，自然冷切后得到Ag
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g
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C3N4/生物碳复合材料；所述生物碳和二氰胺的质量比为1:20。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌宇，黄少斌，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：