一种网格状多孔氮化碳光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种网格状多孔氮化碳光催化剂及其制备方法和应用，该网格状多孔氮化碳光催化剂包括以三聚氰胺和吡啶

【技术实现步骤摘要】
一种网格状多孔氮化碳光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种网格状多孔氮化碳光催化剂及其制备方法和应用，属于光催化材料


技术介绍

[0002]光催化反应是利用材料的光生载流子进行化学转化的一类反应，材料在光线辐照下由稳态跃迁为激发态，在跃迁的过程中产生光生电子
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空穴对，利用光生电子
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空穴对可以进行各式氧化
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还原反应。根据光催化过程中起主要作用成分的不同又可以分为光催化氧化反应和光催化还原反应，光催化反应时产生的光生电子
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空穴复合快速，为了提升光催化剂的催化能力，就要求光催化剂必须拥有良好的光吸收能力与阻碍光生电子
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空穴复合的能力。
[0003]光催化技术应用范围极其广泛，在分解水产氢、氮气室温合成氨、二氧化碳的还原、分解有机污染物以及催化消灭有害细菌均有大量研究。传统的光催化剂通常含有金属元素，且通常制备成本高，制备过程繁杂，不利于大规模生产的同时也违背了可持续化发展的理念。氮化碳光催化剂作为一种成本低廉的无金属光催化剂，制备过程简单，但也具有对光的吸收能力较差、光生载流子复合快速等局限，需要进一步提升氮化碳材料的光催化性能。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对传统氮化碳材料产率低、光吸收范围有限、光催化性能不佳的问题，本专利技术的第一目的是提供一种高产率的网格状多孔氮化碳光催化剂；本专利技术的第二目的是提供一种该网格状多孔氮化碳光催化剂的制备方法；本专利技术的第三目的是提供该及其网格状多孔氮化碳光催化剂在光催化氧化中的应用。
[0005]技术方案：本专利技术所述一种网格状多孔氮化碳光催化剂，所述网格状多孔氮化碳光催化剂包括以三聚氰胺和吡啶
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2,5
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二甲酸为原料，经过π
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π堆积作用，再经水热反和热缩聚反应制得。
[0006]其中，所述三聚氰胺和吡啶
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2,5
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二甲酸混合质量比为1
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10：1。
[0007]其中，优选的三聚氰胺和吡啶
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2,5
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二甲酸混合质量比为4：1。
[0008]三聚氰胺和吡啶
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2,5
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二甲酸体系的质量比如果低于这个比例那么制备的氮化碳材料的吸光范围将明显下降，吡啶单元的替换效果不足，使光催化性能降低，氧化能力减弱；若三聚氰胺和吡啶
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2,5
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二甲酸体系的质量比太高则破坏氮化碳的七嗪结构，使得材料的光催化性能急剧衰减。其中，所述π
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π堆积为原料三聚氰胺和吡啶
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2,5
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二甲酸在乙酸溶液中经非共价键的相互作用。
[0009]其中，所述π
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π堆积属于具有芳香结构的原料之间产生的一类特殊反应，属于非共价键之间的相互作用，反应在乙酸溶液中可以自行发生。
[0010]本专利技术所述的网格状多孔氮化碳光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)将三聚氰胺和吡啶
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2,5
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二甲酸加入到乙酸溶液中，超声，搅拌混合，经π
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π堆积作用，得到乳白色胶体；
[0012](2)将乳白色胶体置于反应釜中，进行水热反应，得到反应产物；
[0013](3)将反应产物洗涤，干燥，置于石英管式炉内进行热缩聚反应，研磨，得到目标网格状多孔氮化碳光催化剂。
[0014]其中，步骤(1)中，所述乙酸溶液的浓度为10％。
[0015]其中，步骤(1)中，所述超声和搅拌混合的温度均为50
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60℃。
[0016]其中，优选的超声和搅拌混合的温度均为60℃。
[0017]其中，步骤(2)中，其中，所述水热反应的温度为160
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200℃，水热反应的时间为18
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24h。
[0018]其中，优选的水热反应的温度为170℃
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180℃，水热反应的时间为24h。
[0019]水热反应的温度优选170℃
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180℃，若低于160℃，反应产物的产率较低，反应结果不完全，产物中未参与反应的原料较多，影响后续热缩聚反应；水热反应的温度若高于200℃，产物由于高温结构会有部分受到损坏，影响后续反应，有杂质生成。
[0020]其中，步骤(3)中，所述热缩聚反应的过程中全程处于空气气氛中。
[0021]其中，步骤(3)中，其中，所述热缩聚反应的温度为490
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530℃，热缩聚反应的时间为4
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6h。
[0022]其中，优选的热缩聚反应的温度为500℃
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510℃，热缩聚反应的时间为6h。
[0023]热缩聚反应的反应温度优选500℃
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510℃，若低于490℃后，反应进展不完全，有部分原料不能完全转化为氮化碳材料，反应温度若高于530℃，，生成的氮化碳材料将会有部分受到破坏转化为氨气溢出管式炉，影响最终产物的产率。
[0024]其中，步骤(3)中，所述洗涤使用的溶液为无水乙醇、去离子水，分别洗涤三次。
[0025]其中，所述干燥的温度为50
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60℃，干燥的时间为6h以上。
[0026]本专利技术还包括所述的网格状多孔氮化碳光催化剂在光催化氧化降解有机污染物罗丹明B中的应用。
[0027]其中，所述有机污染物为罗丹明B，罗丹明B属于蒽醌类，是一种常见的阳离子碱性染料，具有剧毒和致癌性。
[0028]本专利技术还包括所述的网格状多孔氮化碳光催化剂在光催化氧化杀细菌中的应用。
[0029]其中，所述细菌为多重耐药的鲍曼不动杆菌，鲍曼不动杆菌(AB 28)是水产养殖和医院感染的主要病原体之一，可引起菌血症、肺炎、心内膜炎和皮肤感染。
[0030]本专利技术三聚氰胺和吡啶
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2,5
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二甲酸在乙酸体系中分散时经超声与剧烈搅拌可因两种原料的π
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π堆积作用形成凝胶，再进行后续的水热反应与热缩聚反应将更加充分。超声与搅拌过程中保持50
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60℃条件的原因为：在较高溶液体系下的反应速率快，且反应终止后因π
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π堆积形成的白色胶状物更加紧密。
[0031]完全由三聚氰胺为原料制备的氮化碳光催化剂由七嗪结构组合而成，但是受限于原始材料的低比表面积、低效的光吸收和对光生载流子分离不彻底等特点，光催化性能较差，从原理上分析，吡啶
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2,5
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二甲酸由于与庚嗪结构的相容性，可以与三聚氰胺产生配位，预先产生超分子前体。吡啶
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2,5
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二甲酸的引入，不仅使得π结构大量引入，实现了π到原本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种网格状多孔氮化碳光催化剂，其特征在于，所述网格状多孔氮化碳光催化剂包括以三聚氰胺和吡啶
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2,5
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二甲酸为原料，经过π
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π堆积作用，再经水热反应与热缩聚反应制得。2.根据权利要求1所述的网格状多孔氮化碳光催化剂，其特征在于，所述三聚氰胺与吡啶
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2,5
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二甲酸的质量比为1
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10:1。3.根据权利要求1所述的网格状多孔氮化碳光催化剂，其特征在于，所述π
‑
π堆积为原料三聚氰胺和吡啶
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2,5
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二甲酸在乙酸溶液中经非共价键的相互作用。4.权利要求1
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3任一项所述的网格状多孔氮化碳光催化剂，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)将三聚氰胺和吡啶
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2,5
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二甲酸加入到乙酸溶液中，超声，搅拌混合，经π
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π堆积作用，得到乳白色胶体；(2)将乳白色胶体置于反应釜中，进行水热反应，得到反应产物；(3)将反应产物洗涤，干燥，置于石英管式炉内进行热缩聚反应，研磨，得到目...

【专利技术属性】
技术研发人员：王赪胤，朱世恩，张磊，刘航，刘斯霄，周小雨，陈鹏，张瑜，王天奕，项景凤，程凤玲，罗欣雨，赵月祺，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：