一种Type-Ⅱ型TiO2/g-C3N4复合光催化材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种Type

【技术实现步骤摘要】
一种Type
‑Ⅱ
型TiO2/g
‑
C3N4复合光催化材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及光催化材料制备及应用，具体而言，涉及一种Type
‑Ⅱ
型TiO2/g
‑
C3N4复合光催化材料的制备及应用。

技术介绍

[0002]半导体材料如ZnO、MoS2、TiO2、g
‑
C3N4等被广泛的应用于光催化研究，但单一半导体存在光响应范围窄、光激发产生的载流子易复合导致光催化性能较低的缺点。通过元素掺杂、贵金属沉积、形貌调控、异质结构等方式可以有效提高半导体光催化剂的催化性能。其中形貌调控与异质结的构筑在成本和造作上具有一定的优势，而选择适当带隙匹配的半导体材料是构筑高效异质结光催化剂的必要条件。石墨相氮化碳(g
‑
C3N4)的能带可在一定范围内调节、物理化学性质稳定而用作一种典型的无机非金属聚合物可见光光催化剂。一维(1D)管状结构g
‑
C3N4具有较大的比表面积、特殊的中空结构和沿纵向容易传输载流子的优势而引人注目。其次，g
‑
C3N4的导带电位(E
CB
＝
‑
0.87V)比UO2+2/U
4+
和UO2+2/UO2的还原电位(0.411V)更负，g
‑
C3N4材料用于光催化还原U(
Ⅵ
)的理论可行性。可通过构筑异质结，利用带隙位置的差异产生交迭，促进光激发产生的电子
‑r/>空穴对有效的转移和分离，进而改善g
‑
C3N4因光生载流子极易复合而严重受影响的光催化性能。
[0003]在铀矿开采、核电厂的运行、核设施退役与突发核事故等过程中都会产生大量包含不同种态的含铀废液。其排放量大、分布广、具有生物化学毒性和放射性毒性，其中的铀(UO2+2)可以随着水在较大的空间尺度上向不同的环境介质迁移，是核燃料循环过程中主要的环境污染源。光催化技术作为一种绿色、高效、清洁的新型技术，利用太阳光能将高迁移性的U(
Ⅵ
)还原为相对低迁移性的U(Ⅳ)进而从环境中固定并加以去除。这一技术能够同时解决铀污染和资源短缺问题，在含铀核废水处理领域具有广泛的应用前景。但是高效催化还原效率的关键在于获得高效的光催化材料。因此，有必要开发一种制备简单、成本低、环境友好且高效光催化还原铀的光催化材料。

技术实现思路

[0004]针对以上技术缺陷，本专利技术提供一种成本低、制备工艺简单、不会对环境造成二次污染、性质稳定、光催化还原铀能力强的Type
‑Ⅱ
型TiO2/g
‑
C3N4复合光催化材料。
[0005]本专利技术结合光催化材料的特性，常见的二氧化钛和石墨相氮化碳材料经过形貌的调控，增强了光催化材料的接触面积，同时利用水热反应，使二氧化钛纳米片固定在管状氮化碳上，异质结的构筑增加了光催化材料光生电子转移至至材料表面的能力，从而增强对溶液中铀的光催化还原。
[0006]本专利技术的目的是这样实现的：一种Type
‑Ⅱ
型TiO2/g
‑
C3N4复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一、将钛源与氢氟酸混合均匀后置于反应釜中进行水热反应，反应产物分别
用去离子水和氢氧化钠溶液洗涤、干燥后获得二氧化钛纳米片；
[0008]步骤二、将一定量步骤一制备的二氧化钛纳米片加入三聚氰胺水溶液中，加热搅拌直至溶液澄清，获得混合液；将混合液转移至聚四氟乙烯内衬高压釜中进行水热反应，反应产物分别用去离子水和乙醇水溶液洗涤、干燥后获得TiO2/g
‑
C3N4前驱体；
[0009]步骤三、将步骤二得到的TiO2/g
‑
C3N4前驱体置于管式炉中进行热缩聚反应，待冷却后，洗涤、干燥得到TiO2/g
‑
C3N4复合光催化材料。
[0010]优选的是，所述步骤一中，水热反应温度为180～220℃。
[0011]优选的是，所述步骤一中，NaOH溶液浓度为0.05～0.15mol/L。
[0012]优选的是，所述步骤二中，二氧化钛纳米片在三聚氰胺水溶液中的搅拌温度为70～90℃、搅拌时间不低于至少30min。
[0013]优选的是，所述步骤二中，混合液的水热反应的温度为160～200℃、反应时间为12～36h；乙醇水溶液中乙醇体积浓度为10～30％。
[0014]优选的是，所述步骤三中，所述TiO2/g
‑
C3N4前驱体在管式炉中进行热缩聚反应的参数：升温速率2.5～7.5℃
·
min
‑1、气氛为氮气、氩气中的任一种，煅烧温度450～550℃，保温时间2～6h。
[0015]优选的是，所述步骤三中，干燥温度和时间分别为60～90℃烘干至少12h。
[0016]优选的是，步骤三中，所述二氧化钛纳米片替换为改性二氧化钛纳米片。
[0017]优选的是，所述改性二氧化钛纳米片的制备方法：将二氧化钛纳米片置于在反应室内，抽真空至1.0
×
10
‑5Pa，利用双频驱动的氢等离子体对二氧化钛纳米片进行放电处理，其中处理温度为20～80℃，氢气通量为20～70sccm，双频射频参数为60MHz/100～200W和2MHz/60～120W，放电时间5～120min，结束后得到等离子体活化的二氧化钛纳米片。
[0018]本专利技术还提供了一种对等离子体活化的二氧化钛纳米片进行处理的方法，有助于增强二氧化钛纳米片的分散效果，以提升Type
‑Ⅱ
型TiO2/g
‑
C3N4复合光催化材料的光催化还原效果，包括：
[0019](1)以重量份，称取136～170份乙基苯乙烯、6～16份四聚丙烯苯磺酸钠、320～480份去离子水、1～3份氢氧化钠、0.01～0.2份硫酸钾于反应釜中，升温至50～70℃，30～60KHz超声辐照下，400rpm以上磁力搅拌30～60min，配置为乙基苯乙烯预乳液；
[0020](2)以重量份，称取153～210份等离子体活化的二氧化钛纳米片、3～13份马来酸酐、460～820份去离子水、2～10份氢氧化钠于反应釜中混合分散后；向反应釜中加入7～10份四聚丙烯苯磺酸钠、3～14份乙基苯乙烯预乳液，升温至60～80℃，搅拌反应30～60min；再向反应釜中加入0.2～3份过硫酸钾、52～70份乙基苯乙烯预乳液，30～60KHz超声处理1～3h；洗涤、干燥后获得改性二氧化钛纳米片。
[0021]本专利技术还提供了一种上述的Type
‑Ⅱ
型TiO2/g
‑
C3N4复合光催化材料在光催化还原铀中的应用。
[0022]相较于现有技术本专利技术至少包括以下有益效果：
[0023](1)Type
‑Ⅱ
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Type
‑Ⅱ
型TiO2/g
‑
C3N4复合光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将钛源与氢氟酸混合均匀后置于反应釜中进行水热反应，反应产物分别用去离子水和氢氧化钠溶液洗涤、干燥后获得二氧化钛纳米片；步骤二、将一定量步骤一制备的二氧化钛纳米片加入三聚氰胺水溶液中，加热搅拌直至溶液澄清，获得混合液；将混合液转移至聚四氟乙烯内衬高压釜中进行水热反应，反应产物分别用去离子水和乙醇水溶液洗涤、干燥后获得TiO2/g
‑
C3N4前驱体；步骤三、将步骤二得到的TiO2/g
‑
C3N4前驱体置于管式炉中进行热缩聚反应，待冷却后，洗涤、干燥得到TiO2/g
‑
C3N4复合光催化材料。2.如权利要求1所述的Type
‑Ⅱ
型TiO2/g
‑
C3N4复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，水热反应温度为180～220℃。3.如权利要求1所述的Type
‑Ⅱ
型TiO2/g
‑
C3N4复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，NaOH溶液浓度为0.05～0.15mol/L。4.如权利要求1所述的Type
‑Ⅱ
型TiO2/g
‑
C3N4复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，二氧化钛纳米片在三聚氰胺水溶液中的搅拌温度为70～90℃、搅拌时间不低于至少30min。5.如权利要求1所述的Type
‑Ⅱ
型TiO2/g
‑
C3N4复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，混合液的水热反应的温度为160～200℃、反应时...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷洁红，粟阳藩，段涛，朱辉，吴林珍，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：