一种g-C3N4负载{100}CeO2异质结材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及光催化材料领域，具体涉及一种g

【技术实现步骤摘要】
一种g
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C3N4负载{100}CeO2异质结材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及光催化材料领域，具体涉及一种g
‑
C3N4负载{100}CeO2异质结材料、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]目前，我国抗素使用量位居世界前列，并且滥用情况非常严峻。抗生素在水体和土壤中多次被检测到，这给生态环境和人类健康埋下了重大的安全隐患。在生活方面，人如果长期饮用被抗生素污染的水或者食品，抗生素最终通过食物链富集在人体身上，从而对人体健康产生很大的威胁，可能会由此引发一些疾病，如致畸，致癌，关节疾病，内分泌紊乱，中枢神经系统缺损，致敏性以及可能的光敏性变化，严重干扰人体正常功能。总体上处理抗生素废水的处理方法主要有三种，分别是物理法、生物法以及化学法。近年来，半导体光催化技术因其无毒、环保、氧化性强等优点，被认为是一种很有前途的环境净化技术。而异质结光催化系统因其能提高光生载流子的迁移率、显示出优异的光催化性能而受到广泛关注。二氧化铈(CeO2)是一种丰富的稀土氧化物之一，具有高的储氧能力、易于从 Ce
4+
还原为Ce
3+
和有着丰富的氧空位，因而被视为一种高效光催化降解有机污染的半导体催化剂。其中具有{100}晶面的立方体CeO2由于其暴露晶面的不同表现出不同的光催化性能差异，且其载流子易复合以及迁移率较低，氧空位形成能较小，光催化性能一直受到限制。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种g
‑
C3N4负载 {100}CeO2异质结材料、制备方法，以及其光催化降解四环素的应用。
[0004]本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：
[0005]第一方面，本专利技术公开了一种g
‑
C3N4负载{100}CeO2异质结材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1，g
‑
C3N4的制备：
[0007]称取尿素置于坩埚内，将坩埚置于马弗炉内烧结，冷却后得到的产物研磨，得到g
‑
C3N4；
[0008]步骤2，{100}CeO2的制备：
[0009]称取Ce(NO3)3·
6H2O溶解在氢氧化钠的水溶液中，室温下超声搅拌混合均匀，倒入四氟乙烯为内衬的反应釜中，密封后高温反应，冷却至室温后，过滤收集沉淀，依次使用去离子水和无水乙醇分别洗涤三次，然后真空干燥，再次置于马弗炉内煅烧，得到{100}CeO2样品；
[0010]步骤3，g
‑
C3N4/{100}CeO2的制备：
[0011]分别称取{100}CeO2和g
‑
C3N4置于装有甲醇的烧杯中，密封超声，然后置于通风橱中，搅拌至甲醇挥发完全，所得的样品在马弗炉中煅烧，降至室温后收集样品备用，得到g
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C3N4负载{100}CeO2的材料，即g
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C3N4/{100}CeO2。
[0012]优选地，所述步骤1中，坩埚为氧化铝坩埚，烧结过程中的气氛为空气，烧结温度为550℃，烧结时间为4h，升温速率为5℃/min。
[0013]优选地，所述步骤2中，Ce(NO3)3·
6H2O的物质的量为3.0mmol；氢氧化钠的水溶液的浓度为6mol/L，体积为60mL。
[0014]优选地，所述步骤2中，反应釜的温度为180℃，反应时间为24h。
[0015]优选地，所述步骤2中，真空干燥的温度为60℃，干燥时间为12h。
[0016]优选地，所述步骤2中，马弗炉内煅烧的气氛为空气，煅烧温度为400℃，升温速率为5℃/min，煅烧时间为4h。
[0017]优选地，所述步骤3中，{100}CeO2和g
‑
C3N4的质量比为5～30:100。
[0018]更优选地，所述步骤3中，{100}CeO2和g
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C3N4的质量比为25:100。
[0019]优选地，所述步骤3中，甲醇的体积为50mL，超声时间为1h，搅拌时间为 24h。
[0020]优选地，所述步骤3中，马弗炉中煅烧的温度为150℃，煅烧的时间为4h，升温速率为2℃/min。
[0021]第二方面，本专利技术公开了一种采用上述方法制备得到的g
‑
C3N4负载 {100}CeO2异质结材料，并将其应用于光催化降解四环素。
[0022]本专利技术的有益效果为：
[0023]1、本专利技术提供的制备方法及材料，通过先制备出石墨氮化碳(g
‑
C3N4)，再制备出{100}CeO2，然后构建了以g
‑
C3N4和{100}CeO2结合的异质结材料，本专利技术制备g
‑
C3N4/{100}CeO2的方法简单易行，催化性能高。
[0024]2、本专利技术提供的制备方法及材料，通过增加不同的质量的g
‑
C3N4，得到g
‑ꢀ
C3N4质量比为5％，15％，25％，30％比例的g
‑
C3N4/{100}CeO2，其中g
‑
C3N4质量比为25％(标记为CCN
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25)的具有最高的降解四环素的效率。
[0025]3、本专利技术所制备的g
‑
C3N4/{100}CeO2作为催化剂，能够极大地提高纯 {100}CeO2的光催化性能，并且可以实现高效降解四环素，与纯{100}CeO2材料相比，其光催化性能可提高7倍以上，从而解决四环素类抗生素废水造成环境污染的问题。
附图说明
[0026]利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0027]图1是本专利技术实施例3制备得到的催化剂CCN
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25的X
‑
射线衍射图谱和傅里叶红外变换图谱；其中，(a)CCN
‑
25和CeO2的X
‑
射线衍射图谱；(b)CCN
‑ꢀ
25和CeO2的傅里叶红外变换图谱；
[0028]图2是本专利技术实施例3制备得到的催化剂CCN
‑
25的TEM图、HRTEM图和EDX扫描元素谱图；其中，(a)TEM图、(b)HRTEM图、(c)
‑
(h)EDX 扫描元素谱图；
[0029]图3是光催化降解四环素测试图；其中，(a)不同方法制备得到的催化剂光催化降解四环素测试图；(b)是本专利技术实施例3制备得到的催化剂CCN
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25在4 次循环后其光催化活性图。
具体实施方式
[0030]为了更清楚的说明本专利技术，对本专利技术的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本专利技术的技术方案进行以下详本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种g
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C3N4负载{100}CeO2异质结材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，g
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C3N4的制备：称取尿素置于坩埚内，将坩埚置于马弗炉内烧结，冷却后得到的产物研磨，得到g
‑
C3N4；步骤2，{100}CeO2的制备：称取Ce(NO3)3·
6H2O溶解在氢氧化钠的水溶液中，室温下超声搅拌混合均匀，倒入四氟乙烯为内衬的反应釜中，密封后高温反应，冷却至室温后，过滤收集沉淀，依次使用去离子水和无水乙醇分别洗涤三次，然后真空干燥，再次置于马弗炉内煅烧，得到{100}CeO2样品；步骤3，g
‑
C3N4/{100}CeO2的制备：分别称取{100}CeO2和g
‑
C3N4置于装有甲醇的烧杯中，密封超声，然后置于通风橱中，搅拌至甲醇挥发完全，所得的样品在马弗炉中煅烧，降至室温后收集样品备用，得到g
‑
C3N4负载{100}CeO2的材料，即g
‑
C3N4/{100}CeO2。2.根据权利要求1所述的g
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C3N4负载{100}CeO2异质结材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，坩埚为氧化铝坩埚，烧结过程中的气氛为空气，烧结温度为550℃，烧结时间为4h，升温速率为5℃/min。3.根据权利要求1所述的g
‑
C3N4负载{100}CeO2异质结材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，Ce(NO3)3·
6H2O的物质的量为3.0mmol；氢氧化钠的水溶液的浓度为6mol/L，体积为60mL。4.根据权利要求1所述的g
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【专利技术属性】
技术研发人员：韩冬雪，谢相伦，牛利，潘国亮，杨淑仪，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：