具有疏水中空微纳米结构的光催化材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种具有疏水中空微纳米结构的光催化材料及制备方法和应用。所述制备方法包括高温固相法制备中空管状g

【技术实现步骤摘要】
具有疏水中空微纳米结构的光催化材料及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及污水处理
，特别涉及一种具有疏水中空微纳米结构的光催化材料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]光催化污水是一种新型污水处理技术。在有O2的条件下，光催化可利用太阳能将O2还原产生超氧自由基(
·
O2)，间接将污染物氧化；或者在光催化条件下产生光生空穴，直接矿化污染物，具有绿色、易操作的优点。但当前光催化剂存在光能吸收能力差、光生载流子发生迁移并分离率低，到达催化剂表面且没有发生复合的载流子少等问题，导致光能利用率低。此外，目前大多光催化剂是纳米结构的，虽然能增加反应面积，但会导致催化剂团聚，如何解决光利用率低和催化剂团聚是当前的研究重点。
[0003]石墨相氮化碳(g
‑
C3N4)是最常见的光材料之一，具有带隙窄(2.7eV)、光化学稳定性高和成本低的优点，能够吸收可见光。但传统的g
‑
C3N4仍存在对可见光的吸收效率低、表面积低和载流体的复合率高的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决现有g
‑
C3N4光催化材料存在的上述技术问题，提供一种具有疏水中空微纳米结构的光催化材料及制备方法和应用，该光催化材料结构性能稳定、活性位点多，具有良好的光催化效果。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种具有疏水中空微纳米结构的光催化材料，是采用以下技术方案得以实现的。
[0006]一种具有疏水中空微纳米结构的光催化材料，所述光催化材料为以中空管状g
‑
C3N4为载体，负载二氧化锡量子点(SnQDs)和氮掺杂石墨烯量子点(NGQDs)的具有疏水中空微纳米结构的(Sn
‑
NG)QDs/g
‑
C3N4光催化材料。
[0007]第二方面，本专利技术提供了一种具有疏水中空微纳米结构的光催化材料的制备方法，是采用以下技术方案得以实现的。
[0008]一种上述具有疏水中空微纳米结构的光催化材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1.中空管状g
‑
C3N4的制备：将三聚氰胺在惰性气体气氛下，以2
‑
10℃/min的速率升温至400
‑
600℃，恒温反应4
‑
12h，得到中空管状g
‑
C3N4；
[0010]S2.(Sn
‑
NG)QDs/g
‑
C3N4的制备：将尿素、柠檬酸、SnCl4·
5H2O和表面活性剂搅拌分散在溶剂中，得到混合溶液，调节pH至8
‑
10；然后加入步骤S1的中空管状g
‑
C3N4材料，超声分散20
‑
40min；转移至不锈钢反应釜中，在200
‑
350℃下，反应6
‑
12h得到固体材料，经洗涤干燥后，得到(Sn
‑
NG)QDs/g
‑
C3N4光催化材料。
[0011]进一步的，(Sn
‑
NG)QDs/g
‑
C3N4光催化材料中，NGQDs、SnQDs与g
‑
C3N4的质量比为1：(1
‑
5)：(10
‑
20)。
[0012]进一步的，步骤S2中，调节pH的试剂为30％
‑
50％的氨水。
[0013]进一步的，步骤S2中，所述溶剂为异丙醇和去离子水的混合溶液，异丙醇和去离子水的体积比为(1
‑
3)：1。
[0014]进一步的，步骤S2中，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或OP
‑
10，表面活性剂的浓度为0.01
‑
0.05mol/L。
[0015]第三方面，本申请提供了一种具有疏水中空微纳米结构的光催化材料的用途，是采用以下技术方案得以实现的。
[0016]一种上述具有疏水中空微纳米结构的光催化材料作为光催化剂在污水处理中的应用。
[0017]本申请具有以下有益效果。
[0018]本专利技术通过高温固相法制备中空管状g
‑
C3N4，构造微米级光催化剂载体，并通过一步溶剂热法将SnQDs和NGQDs纳米颗粒负载到g
‑
C3N4表面和孔道内，构建得到(Sn
‑
NG)QDs/g
‑
C3N4光催化材料，提高了光催化剂的氧化能力，阻止了NGQDs纳米颗粒的团聚。通过负载NGQDs提高光催化剂的导电性和光转换功能为复合催化剂提供能量，并阻止NGQDs纳米颗粒团聚。通过活性剂的作用和构建微纳米结构得到疏水表面，以提高活性自由基的扩散能力。本专利技术所得光催化材料结构性能稳定、活性位点多，具有良好的光催化效果，制备方法简单，可规模生产。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例1制备的(Sn
‑
NG)QDs/g
‑
C3N4光催化材料的SEM图；
[0020]图2是本专利技术制备的(Sn
‑
NG)QDs/g
‑
C3N4用于降解亚甲基蓝废水的试验结果图；
[0021]图3是本专利技术实施例2制备的(Sn
‑
NG)QDs/g
‑
C3N4光催化材料的SEM图；
[0022]图4是本专利技术实施例3制备的(Sn
‑
NG)QDs/g
‑
C3N4光催化材料的SEM图；
[0023]图5是本专利技术制备的(Sn
‑
NG)QDs/g
‑
C3N4用于降解亚甲基蓝废水的循环试验结果图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步的说明。
[0025]实施例1
[0026]一种具有疏水中空微纳米结构的光催化材料的制备方法，包括以下步骤：
[0027]S1.将三聚氰胺在惰性气体气氛下，以8℃/min的速率升温至500℃，恒温反应12h，得到中空管状g
‑
C3N4材料；
[0028]S2.以异丙醇和去离子水体积比1：1的溶液作为反应溶剂；将0.25g尿素、0.27g柠檬酸、0.87g SnCl4·
5H2O和0.12g十二烷基苯磺酸钠搅拌溶解在反应溶剂中，得到混合溶液，用30％氨水调节溶液pH至8；然后加入15mg中空g
‑
C3N4材料，超声分散30min；转移至不锈钢反应釜中，在200℃下，反应10h得到固体材料；经多次洗涤干燥并后得到(Sn
‑
NG)QDs/g
‑
C3N4光催化材料。其SEM图如图1所示。
[0029]以(Sn
‑
NG)QDs/g
‑
C3N4作为光催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有疏水中空微纳米结构的光催化材料，其特征在于：所述光催化材料为以中空管状g
‑
C3N4为载体，负载SnQDs和NGQDs的具有疏水中空微纳米结构的(Sn
‑
NG)QDs/g
‑
C3N4光催化材料。2.一种权利要求1所述具有疏水中空微纳米结构的光催化材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.中空管状g
‑
C3N4的制备：将三聚氰胺在惰性气体气氛下，以2
‑
10℃/min的速率升温至400
‑
600℃，恒温反应4
‑
12h，得到中空管状g
‑
C3N4；S2.(Sn
‑
NG)QDs/g
‑
C3N4的制备：将尿素、柠檬酸、SnCl4·
5H2O和表面活性剂搅拌分散在溶剂中，得到混合溶液，调节pH至8
‑
10；然后加入步骤S1的中空管状g
‑
C3N4材料，超声分散20
‑
40min；在200
‑
350℃下，反应6
‑
12h得到固体材料，经洗涤干燥后，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：张程蕾，谢陈鑫，滕厚开，钱光磊，雷太平，赵慧，任春燕，李旗，荆燕琴，
申请(专利权)人：中海油天津化工研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：