一种双修饰的氮化碳及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种双修饰的氮化碳及其制备方法和应用，所述双修饰的氮化碳制备方法为：(1)将氮化碳在过氧化氢溶液中混合，搅拌得到羟基化氮化碳；(2)将步骤(1)得到的羟基化氮化碳与偶联剂在溶剂中混合，反应后干燥得到所述双修饰的氮化碳。通过本发明专利技术制备方法制备得到的双修饰氮化碳，能够显著提高其对染料废水MB的降解率，在染料废水中具有较高的应用价值。值。值。

【技术实现步骤摘要】
一种双修饰的氮化碳及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光催化材料
，尤其涉及一种双修饰的氮化碳及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会经济的蓬勃发展，能源危机与环境污染成为了世界各国研究者们都十分重视的问题。光催化技术在环境修复以及新能源开发方面显示出巨大的潜力。然而目前的光催化剂活性较低，其原因表现在多个方面，如催化剂制备过程繁琐、成本高，太阳光的利用率较低、光催化剂性能较弱等问题，这给光催化技术的应用带来了诸多限制。所以十分有必要开发一种制备方法简单、催化剂成本较低、太阳光利用率高及催化性能较强的光催化剂。
[0003]氮化碳(C3N4)的出现为大规模廉价生产光催化剂提供了一个新的方向，其拥有着独特的电子结构、合适的能带结构和良好的化学、热稳定性等优势，且制备方法简单，催化剂成本低，只需通过直接煅烧前驱体就可获得。但是，直接煅烧获得的体相g
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C3N4比表面积较小，对反应物的吸附能力较差，影响其催化效果，催化活性并不理想。此外，良好的光吸收能力也是提高光催化性能的一个方面，为提升其催化性能，需对其进行改性，许多实验证实，利用有效的改性方法，可以显著提高催化剂的活性。
[0004]可通过掺杂金属或非金属成分对g
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C3N4进行改性。也可制备二元或三元复合材料。如CN202010245137.9公开了一种通过溶剂热法和煅烧法两步制备具有上转换特性的石墨相氮化碳/高碘氧铋异质结，CN202010142859.1提供了一种WO3/Ag/gr/>‑
C3N4三相光催化材料的合成方法。经过掺杂或复合后的材料可实现光生载流子的有效分离，提升了光能利用效率，从而提升其光催化性能。但改性过程通常比较繁琐、有的需要进入金属成分造成了材料成本的上升。
[0005]结构调控也是一种改性方法。其目的是提高C3N4比表面积，从而提高其吸附性能和光催化性能的方法。如通过模板法制备高比表面积的C3N4。其中软模板法制得材料的比表面要么不是太高，要么制备的材料碳氮比与理想值偏差太大。硬模板法虽能够制备出大比表面积的C3N4，但制备过程较为繁琐。
[0006]硅烷偶联剂是一种常见的改性剂，常用于处理二氧化硅、碳黑等无机填料，在橡胶、硅橡胶等聚合物中起活性剂、偶联剂、交联剂、补强剂的作用，作为金属表面防锈剂处理金属表面，有效改善其表面的耐腐性、抗氧化性以及增加其与树脂等高分子材料的粘接性。然而，将硅烷偶联剂用于光催化剂的改性的研究报道较少，在这些报道中硅烷偶联剂起到的主要作用是胶黏剂。如黄妙良等采用硅烷偶联剂WD
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50改性TiO2/膨胀石墨复合材料以硅烷偶联剂黏结剂，利用溶胶
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凝胶法将TiO2(P25)负载在膨胀石墨上，在低负载量的情况下，其光催化效率高于P25的光催化效率。也有在对复合材料中某种组分进行修饰的报道，如CN201710569142.3公开了一种高可见光活性ATP/g
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C3N4‑
Ag复合材料的制备，其中使用了硅烷偶联剂丙基三甲氧基硅烷。个别使用了硅烷偶联剂γ
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甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅
烷进行单一光催化剂组分修饰的主要应用在TiO2和ZnO。
[0007]CN111437868A公开了一种糖葫芦状凹凸棒石/氮化碳复合材料的制备方法及其在光固氮中的应用。本专利技术先采用富氮前驱体制备得到石墨相氮化碳；然后利用硅烷偶联剂对凹凸棒石改性；将石墨相氮化碳和改性后的凹凸棒石为原料，制备得到糖葫芦状凹凸棒石/氮化碳复合材料(ATP/g
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C3N4)。将凹凸棒石/氮化碳复合材料用于光催化固氮中，能取得优异的光催化固氮效果。
[0008]CN110655843A公开了一种C3N4光催化自抛光树脂基复合涂层材料的制备方法。一：利用硅烷偶联剂KH
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570对C3N4改性，得产物a；二：将产物a与含氟丙烯酸酯单体、丙烯酸类单体和丙烯酸酯类单体通过自由基溶液聚合制备C3N4光催化自抛光树脂混合物，得产物b；三：将产物b进行超声分散处理，得到复合涂层材料。相比于常规自抛光涂层，含氟侧链可与水解官能团共同调节树脂基体水解速度，解决了光催化自抛光涂层寿命较短的问题；相比于常规C3N4涂层，树脂内部形成的疏水性相，解决了光催化剂随抛光脱落的树脂而流失的问题；水解后树脂的孔洞结构使得树脂内部的光催化剂与外界接触形成具有防污活性的自由基，提高了涂层的光催化效率。
[0009]因此，针对以上不足，需要提供一种新型的改性的氮化碳，提升其光催化降解净化能力。

技术实现思路

[0010]本专利技术要解决的技术问题在于现有的修饰的氮化碳光催化降解能力较差，催化效果不佳，针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种双修饰的氮化碳及其制备方法和应用，以达到提高氮化碳光催化降解性能的目的。
[0011]为了解决上述技术问题，第一方面，本专利技术提供了一种双修饰的氮化碳的制备方法，其特征在于：所述制备方法为：
[0012](1)将氮化碳在过氧化氢溶液中混合，搅拌得到羟基化氮化碳；
[0013](2)将步骤(1)得到的羟基化氮化碳与偶联剂在溶剂中混合，反应后干燥得到所述双修饰的氮化碳。
[0014]本专利技术对氮化碳表面修饰，无需复杂的步骤，无内部掺杂或复合的过程，且没有通过提高比表面积的方法来改性修饰，而是采用羟基化和偶联剂对其进行双修饰，使得表面羟基容易捕获空穴生成羟基自由基，即显著促进氮化碳的局部空间电荷分离，生成羟基自由基促进亚甲基蓝的光催化降解，而偶联剂的修饰可提高催化剂颗粒在反应体系的分散性，促进反应物与催化剂的接触，进一步显著提高其反应底物的降解率，尤其是对于染料废水亚甲基蓝(MB)的降解率，是一种非常有效的改性策略。
[0015]步骤(1)中所述氮化碳的制备方法为：将三聚氰胺进行煅烧，得到所述氮化碳。
[0016]优选地，所述煅烧温度为500～600℃，例如可以是500℃、520℃、550℃、560℃、580℃或600℃等。
[0017]优选地，所述煅烧时间为2～4h，例如可以是2h、2.5h、3h、3.5h或4h等。
[0018]优选地，步骤(1)中所述氮化碳与过氧化氢溶液的比例：每0.5g氮化碳使用50mL过氧化氢溶液。
[0019]优选地，所述过氧化氢溶液的质量浓度为0.1％～30％。本专利技术中所使用的过氧化
氢溶液的质量浓度范围比较宽，只要是适宜氮化碳羟基化反应的浓度均可以应用。
[0020]所述步骤(2)中所述偶联剂为硅烷偶联剂或硅氧烷偶联剂。
[0021]在本专利技术中，硅氧烷偶联剂可以是六甲基二硅氧烷(HMDSO)等。
[0022]优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
[0023]本专利技术中，采用硅烷偶联剂或硅氧烷偶联剂对羟基化氮化碳处理后，氮化碳表面的部分羟基与硅烷偶联剂发生缩合反应，使得偶联剂接枝在氮化碳表面，接枝后的氮化碳表面能够促进与反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双修饰的氮化碳的制备方法，其特征在于：所述制备方法为：(1)将氮化碳在过氧化氢溶液中混合，搅拌得到羟基化氮化碳；(2)将步骤(1)得到的羟基化氮化碳与偶联剂在溶剂中混合，反应后干燥得到所述双修饰的氮化碳。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述氮化碳的制备方法为：将三聚氰胺进行煅烧，得到所述氮化碳；优选地，所述煅烧温度为500～600℃；优选地，所述煅烧时间为2～4h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述氮化碳与过氧化氢溶液的比例为：每0.5g氮化碳使用50mL过氧化氢溶液；优选地，所述过氧化氢溶液的质量浓度为0.1％～30％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述偶联剂为硅烷偶联剂或硅氧烷偶联剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂；优选地，硅烷偶联剂为氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳艳修，李金琦，宋华，王园园，王雪芹，张娇静，张梅，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：