Si-TiO2/g-C3N4三元复合光催化材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开Si

【技术实现步骤摘要】
Si
‑
TiO2/g
‑
C3N4三元复合光催化材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合催化剂制备
具体地说是Si
‑
TiO2/g
‑
C3N4三元复合光催化材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着我国工业化、城镇化的快速发展，水资源开发利用强度大，排放污染物的数量和种类增多，尤其是有毒、难降解的有机废水，对环境的危害越来越严重，大部分城市水污染严重。在水污染中，含有大量有机污染物的工业废水对人类的危害最大，这类废水主要包括简单的芳香族化合物、脂肪酸和芳香酸、脂肪醇等，染料、农药等有机废水也包含在内。目前，常用的处理水污染方法有物理处理、化学处理、生物处理和半导体光催化技术等手段。
[0003]半导体光催化技术作为一种新型环保技术，被认为是解决能源短缺和环境污染问题的有效方法之一。TiO2因具有价格低、无毒无害、无二次污染、稳定性好、降解完全等优点成为半导体剂的研究热点。然而，二氧化钛光催化剂存在一个瓶颈，例如，它对紫外光的响应很好。此外，光生载流子和空穴容易结合，导致光催化活性和降解效率降低。研究表明，光催化效率取决于光催化材料的光响应能力和光生电子空穴的复合速率。为了提高光催化效率，必须扩大催化剂的光吸收范围，抑制光生电子空穴的复合。研究表明TiO2的改性方法有贵金属沉积、半导体复合、染料光敏化、离子掺杂等。这些方法可以拓宽TiO2颗粒裸露的比表面积和提高其可见光的响应范围，提高光生载体的分离和转移效率，进而使光催化活性提高。
[0004]掺杂因具有改性方法简单、改性效果好、可以实现半导体光催化剂的可见光性等优点被广泛用于改性研究。刘楠楠等用溶胶
‑
凝胶法制备出Fe/N、Cu/N共掺杂和Fe、Cu、N单离子掺杂的TiO2薄膜，在可见光下，Cu/N掺杂TiO2薄膜对盐酸四环素的降解率达到69％，对比TiO2的光催化活性有明显的升高。Zhao等采用简单水热法成功制备了Ti
3+
、N共掺杂改性TiO2复合材料，实验结果表明，共掺杂催化剂的光催化活性明显高于本体。王菲凤以氯化铵作为氮源，采用溶胶
‑
凝胶法制备了N
‑
TiO2纳米材料，光催化降解水中的腐殖酸，当8％N
‑
TiO2的投加量为1mg/L时，其降解效率达80.32％。而不同禁带宽度的半导体材料以面对面的形式接触通过耦合构筑异质结进行复合，能够有效实现可见光响应特性。安涛等采用水热法制备的TiO2/Bi2WO6复合材料，光催化6min后对罗丹明B的降解率达99.3％,光催化30min后对亚甲基蓝的降解率达99.7％,光催化15min后对TC
‑
HCl的降解率达87.7％。
[0005]目前，半导体光催化材料TiO2只对紫外光有良好的响应，加之光激发后光生电子
‑
空穴对容易复合，降低了其光催化活性。g
‑
C3N4因存在比表面积较小，可见光响应范围有限，导致其光催化活性欠佳。

技术实现思路

[0006]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种降解速率快、降解率高的Si
‑
TiO2/g
‑
C3N4三元复合光催化材料及其制备方法，以解决当前半导体光催化材料TiO2光生电
子
‑
空穴对容易复合以及g
‑
C3N4可见光响应范围有限等原因造成的光催化活性不理想等问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]Si
‑
TiO2/g
‑
C3N4三元复合光催化材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)g
‑
C3N4材料的制备：将三聚氰胺放入石英舟中，并将石英舟置于管式炉中烧结，将烧结后得到的固体进行粉碎，即制备得到g
‑
C3N4材料；
[0010](2)Si
‑
TiO2材料的制备：将钛酸四丁酯与无水乙醇混合搅拌，得到溶液A；将无水乙醇、水、十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸四乙酯和冰乙酸混合后搅拌均匀得到溶液B；将溶液A加入到溶液B中，搅拌均匀后得到混合溶液；先对混合溶液进行超声分散，然后将混合溶液置于鼓风烘箱中进行水热反应，反应结束后自然冷却至室温，将反应体系中的固体物质依次用水和无水乙醇洗涤，并进行干燥，得到块状固体；将块状固体进行研磨煅烧后即制备得到Si
‑
TiO2材料；
[0011](3)Si
‑
TiO2/g
‑
C3N4三元复合光催化材料的制备：将g
‑
C3N4材料和Si
‑
TiO2材料进行混合研磨，研磨均匀后，转移至石英舟中，并将石英舟置于管式炉中烧结，即制备得到Si
‑
TiO2/g
‑
C3N4三元复合光催化材料。
[0012]上述Si
‑
TiO2/g
‑
C3N4三元复合光催化材料的制备方法，在步骤(1)中，烧结时，管式炉以2～6℃/min的升温速率升温至520～560℃，并保温1～5h。【当升温速率过低或过高时，制备得到的光催化材料性能均较差，而当管式炉以5℃/min的升温速率升温至550℃时，制备得到的g
‑
C3N4能够和Si
‑
TiO2更高效地构建形成异质结，且得到的异质结稳定性更好，从而得到复合效果较好的Si
‑
TiO2/g
‑
C3N4三元复合光催化材料。另外，烧结温度过高或过低均会影响所制备g
‑
C3N4材料的形貌结构及含碳量，从而不利于制备得到光催化活性较高的三元复合光催化材料，且当温度过高时，对材料的碳含量以及形貌结构影响尤为明显】。
[0013]上述Si
‑
TiO2/g
‑
C3N4三元复合光催化材料的制备方法，在步骤(2)中，配置溶液A时，钛酸四丁酯与乙醇的体积比为1：(1～3)，搅拌时间为10～40min。
[0014]上述Si
‑
TiO2/g
‑
C3N4三元复合光催化材料的制备方法，在步骤(2)中，配置溶液B时，依次将无水乙醇、水、十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸四乙酯和冰乙酸倒入容器中搅拌10～40min；无水乙醇、水、正硅酸四乙酯和冰乙酸的体积比为(15～18)：(1～4)：(0.1～0.3)：(6～9)，十六烷基三甲基溴化铵与水的质量之比为1：30～60。【在配置溶液B时，无水乙醇、水、十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸四乙酯和冰乙酸要按照上述顺序进行混合，这种混合顺序可以使上述5种组分更容易混合均匀，有利于水热反应的进行，且可以使制备的三元复合光催化材料具有更好的形貌结构；若不按照上述顺序进行混合，则不论怎么调整其它工艺参数，都难以得到较理想本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.Si
‑
TiO2/g
‑
C3N4三元复合光催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)g
‑
C3N4材料的制备：将三聚氰胺放入石英舟中，并将石英舟置于管式炉中烧结，将烧结后得到的固体进行粉碎，即制备得到g
‑
C3N4材料；(2)Si
‑
TiO2材料的制备：将钛酸四丁酯与无水乙醇混合搅拌，得到溶液A；将无水乙醇、水、十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸四乙酯和冰乙酸混合后搅拌均匀得到溶液B；将溶液A加入到溶液B中，搅拌均匀后得到混合溶液；先对混合溶液进行超声分散，然后将混合溶液置于鼓风烘箱中进行水热反应，反应结束后自然冷却至室温，将反应体系中的固体物质依次用水和无水乙醇洗涤，并进行干燥，得到块状固体；将块状固体进行研磨煅烧后即制备得到Si
‑
TiO2材料；(3)Si
‑
TiO2/g
‑
C3N4三元复合光催化材料的制备：将g
‑
C3N4材料和Si
‑
TiO2材料进行混合研磨，研磨均匀后，转移至石英舟中，并将石英舟置于管式炉中烧结，即制备得到Si
‑
TiO2/g
‑
C3N4三元复合光催化材料。2.根据权利要求1所述的Si
‑
TiO2/g
‑
C3N4三元复合光催化材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，烧结时，管式炉以2～6℃/min的升温速率升温至520～560℃，并保温1～5h。3.根据权利要求1所述的Si
‑
TiO2/g
‑
C3N4三元复合光催化材料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，配置溶液A时，钛酸四丁酯与乙醇的体积比为1：(1～3)，搅拌时间为10～40min。4.根据权利要求1所述的Si
‑
TiO2/g
‑
C3N4三元复合光催化材料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，配置溶液B时，依次将无水乙醇、水、十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸四乙酯和冰乙酸倒入容器中搅拌10～40min；无水乙醇、水、正硅酸四乙酯和冰乙酸的体积比为(15～18)：(1～4)：(0.1～0.3)：(6～9)，十六烷基三甲基溴化铵与水的质量之比为1：30～60。5.根据权利要求1所述的Si
‑
TiO2/g
‑
C3N4三元复合光催化材料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，水热反应的温度为80～160℃，水热反应的时间为6～14h；Si
‑
TiO2材料中，Si的质量分数为9～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵俭波，姜建辉，张园，郝勇胜，颜菀旻，
申请(专利权)人：塔里木大学，
类型：发明
国别省市：