一种普鲁士蓝/g-C3N4复合光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种普鲁士蓝/g

【技术实现步骤摘要】
一种普鲁士蓝/g
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C3N4复合光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光催化剂
，尤其涉及一种普鲁士蓝/g
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C3N4复合光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近几十年来，随着城市化的不断发展，大量抗生素被广泛用于治疗人类和动物感染。四环素作为一种典型的抗生素，已广泛应用于人类治疗、动物治疗和农业生产。据报道，由于常规方法处理不彻底，每年约有21万吨四环素与废水一起排入水生生态系统。此外，研究发现，即使浓度为纳克级，水生生态系统中的四环素也对环境和人类健康构成严重威胁。非均相光Fenton技术作为一种先进的氧化工艺，由于其效率高、循环性好、操作简单且不产生大量铁泥，被认为是降解持久性有机污染物的有效方法。然而，大多数报道的photo
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Fenton催化剂只吸收紫外线，仅占太阳光谱的5％左右，这使得很难使用天然太阳紫外线作为能源。此外，一些光芬顿催化剂仅在低pH值下表现出高活性，或需要昂贵的化学物质以及耗时的合成过程。因此，开发具有简单合成程序和宽操作pH的可见光响应pH分析仪对于促进光芬顿技术的应用至关重要。
[0003]石墨碳氮化物(g
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C3N4)因其资源丰富、制备简单、带结构独特等特点，在环境修复和水处理中得到了广泛应用。然而，由于其低表面积、有限的可见光利用率以及较差的电荷分离和转移效率，其降解性能受到严重限制。
[0004]根据先前的报告，已经证明，当g
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C3N4与过渡金属基材料偶联时，通过扩大光吸收范围、增加电荷分离和转移能力以及激活光Fenton(
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样)反应，可以大大改善g
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C3N4的降解性能。普鲁士蓝作为一类金属有机框架，具有面心立方晶胞，其中二价铁离子(Fe II)和三价铁离子(Fe III)由氰基配体(C≡N)交替桥接，其中高自旋FeHS(Fe III)与N耦合，低自旋Fe LS(Fe II)与C配位。由于成本低、毒性低、相对稳定性和独特的化学成分，普鲁士蓝及其类似物被视为与g
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C3N4偶联的理想材料。尽管在Fenton系统中已经报道了普鲁士蓝降解污染物，但很少研究普鲁士蓝与光Fenton系统使用的g
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C3N4的组合。
[0005]结构缺陷工程作为提高g
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C3N4光催化性能的另一种流行策略受到了广泛关注，它不仅可以调节电子结构，还可以增加活性位点。特别是，当缺陷(N、C、O等)引入到具有更大表面积的g
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C3N4的框架中时，表现出光催化性能的协同改善效果。此外，g
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C3N4的各种形态(包括大孔、纳米片、微管)已被广泛研究，与传统的g
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C3N4本体光催化剂相比，它们在光Fenton反应中表现出更好的光催化性能。其中，具有多孔结构的二维超薄纳米片不仅提供了更多的污染物暴露，还缩短了电荷转移距离，延长了电荷复合时间。因此，构建具有污染物降解缺陷的多孔二维超薄g
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C3N4纳米片是非常可行的。
[0006]根据上述背景，我们将碳空位引入多孔二维超薄g
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C3N4纳米片，结合结晶普鲁士蓝纳米颗粒，可以构建具有增强降解性能的高效光Fenton催化剂。通过简单的水热方法成功地合成了一系列普鲁士蓝负载和碳空位的g
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C3N4(普鲁士蓝/多孔缺陷的g
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C3N4纳米片)杂化催化剂。

技术实现思路

[0007]解决的技术问题：针对现有技术存在的缺点，本专利技术提供一种普鲁士蓝/g
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C3N4复合光催化剂及其制备方法和应用，该普鲁士蓝/g
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C3N4复合光催化剂的可见光吸收区域扩大，吸收能力增强，可见光利用率高，并且该普鲁士蓝/g
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C3N4复合光催化剂对降解抗生素药品、染料等环境污染物的光降解有较明显的作用。
[0008]技术方案：一种普鲁士蓝/g
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C3N4复合光催化剂的制备方法，步骤如下：
[0009]步骤一：将尿素溶解于去离子水中，升温至30℃，然后将溶液转移到带盖的陶瓷坩埚中，高温煅烧得到产物g
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C3N4，其中尿素和去离子水的质量比为1∶1；
[0010]步骤二：将聚乙烯吡咯烷酮、铁氰化钾和步骤一制备得到的产物g
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C3N4滴加到HCl溶液中，得到悬浮液，将悬浮液置于不锈钢高压釜中进行水热反应其中产物g
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C3N4、聚乙烯吡咯烷酮、铁氰化钾的质量比为(50
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350)∶(2500
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3500)∶(25
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28)，1mg产物g
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C3N4对应(0.08
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0.35)mLHCl溶液。
[0011]步骤三：步骤二的反应结束后，冷却至室温，将沉淀离心并分别用去离子水和无水乙醇洗涤三次，然后真空干燥，即得到普鲁士蓝/g
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C3N4复合光催化剂。
[0012]上述所述的步骤一中煅烧温度为550℃、时间为4h。
[0013]上述所述的步骤二中HCl溶液的浓度为0.01mol/L。
[0014]上述所述的步骤二中的水热反应的具体过程是将悬浮液置于具有50mL容量特氟隆衬里的不锈钢高压釜中，并放入80℃的烘箱中反应20h。
[0015]上述所述的步骤三中真空干燥温度为60℃、时间为12h。
[0016]上述所述的一种普鲁士蓝/g
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C3N4复合光催化剂的制备方法制备得到的普鲁士蓝/g
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C3N4复合光催化剂。
[0017]上述所述的一种普鲁士蓝/g
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C3N4复合光催化剂的制备方法制备得到的普鲁士蓝/g
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C3N4复合光催化剂在降解抗生素药品、染料污染物中的应用。
[0018]有益效果：本专利技术提供的一种普鲁士蓝/g
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C3N4复合光催化剂及其制备方法和应用，具有以下有益效果：
[0019]1.本专利技术由于g
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C3N4与普鲁士蓝之间的界面相互作用和碳缺陷的协同作用，有效提高了材料对可见光的利用率，最大化了光生电荷转移效率，并具有较强的电荷转移和传导能力，还保持了材料较高的氧化还原能力；制得的催化剂可见光吸收能力也得到改善，吸收区域扩大，提高了可见光的利用率；
[0020]2.本专利技术制得的复合光催化剂对降解抗生素药品、染料等环境污染物的光降解有较明显的作用；
[0021]3.本专利技术的制备方法具有操作简单、重复性好、成本低及条件易控等优势；
[0022]4.本专利技术选择尿素高温制备g
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C3N4，通过简单的水热方法合成了普鲁士蓝负载和碳空位的g
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C3N4(普鲁士蓝/多孔缺陷的g...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种普鲁士蓝/g
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C3N4复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤如下：步骤一：将尿素溶解于去离子水中，升温至30℃，然后将溶液转移到带盖的陶瓷坩埚中，高温煅烧得到产物g
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C3N4，其中尿素和去离子水的质量比为1∶1；步骤二：将聚乙烯吡咯烷酮、铁氰化钾和步骤一制备得到的产物g
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C3N4滴加到HCl溶液中，得到悬浮液，将悬浮液置于不锈钢高压釜中进行水热反应，其中产物g
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C3N4、聚乙烯吡咯烷酮、铁氰化钾的质量比为（1
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7）∶（50
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70）∶（0.5
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0.56），1mg产物g
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C3N4对应（0.08
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0.35）mL HCl溶液；步骤三：步骤二的反应结束后，冷却至室温，将沉淀离心并分别用去离子水和无水乙醇洗涤三次，然后真空干燥，即得到普鲁士蓝/g
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C3N4复合光催化剂。2.根据权利要求1所述的一种普鲁士蓝/g
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C3N4复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈训财，施郑正，李佳，潘玉蓬，
申请(专利权)人：南方医科大学，
类型：发明
国别省市：