一种磁改性三维花状N-Bi2O2CO3/g-C3N4光催化材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种磁改性三维花状N

【技术实现步骤摘要】
一种磁改性三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于无机
‑
有机复合纳米材料制备
，尤其涉及一种磁改性三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]由于独特的Aurigillius型层状结构，Bi2O2CO3由(Bi2O2)
2+
层和CO
32
‑
层交替堆叠而成。层状晶体结构赋予Bi2O2CO3内部电场和非中心对称极化效应，从而促进光诱导电荷的分离。此外，其层状结构的各向异性将促进光生载流子沿材料表面的迁移。然而，纯Bi2O2CO3具有较宽的带隙，仅对紫外光响应。研究表明，构筑Bi2O2CO3基异质结复合材料可以在界面处建立电场，从而提高光生电荷的分离和传输效率，因此它已成为解决光催化瓶颈的经典方法之一。从电荷转移、界面和材料设计或合成角度来看，传统的Z型异质结构对光生电子
‑
空穴的氧化还原能力较低，并且存在明显的局限性。然而，S型异质结系统主要由氧化型光催化剂和还原型光催化剂的n
‑
n型半导体组成。在S型异质结中，强光生电子和空穴分别保留在高还原的CB和强氧化的VB中，而无意义的光生电荷载流子重组，引入强氧化还原电位。
[0003]g
‑
C3N4作为一种无金属、可见光响应、共价二元CN聚合物有机半导体光催化剂，具有类似于石墨烯的2D层状结构，因其较窄的带隙(约2.7eV)、较大的比表面积、独特的化学和光学特性、可调结构、优异的热稳定性和化学稳定性以及无毒性，在光催化领域引起了人们极大的兴趣和研究热情。目前已报道了各种方法来制备Bi2O2CO3/g
‑
C3N4异质结，例如超声
‑
溶剂热法(CN109261193A)、化学沉淀法和水热法等。这些方法通常先单独合成两个纯物质，然后再使其组装在一起形成异质结，这种后合成技术导致g
‑
C3N4和Bi2O2CO3之间的控制不佳。这种不良的接触控制不可避免地会放大内阻，阻碍电荷迁移，甚至会严重限制光催化稳定性。
[0004]近年来，为了拓展光催化剂的光吸收区域，提高太阳光的利用率，增强光催化活性，科研人员在构筑新颖的二维或三维结构方面开展了大量工作。然而，粉末光催化剂使用过程中由于粒径太小，不利于回收再利用，阻碍了其实际应用。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术提供了一种磁改性三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料的制备方法及应用。该方法采用g
‑
C3N4纳米片作为牺牲模板，在高温碱性条件下，部分g
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C3N4被剥离提供C源和N源，在另外未被剥离的g
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C3N4表面原位生长N
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Bi2O2CO3，自组装形成三维花状N
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Bi2O2CO3/g
‑
C3N4二元异质结复合材料，无需去模板工序，具有制备环保、成本较低、操作简单可控等特点。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供了一种磁改性三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料的制备方法，，包括如下步骤：
[0008]S1、制备g
‑
C3N4纳米片：将三聚氰胺低温焙烧，得到g
‑
C3N4粉末，然后将所述g
‑
C3N4粉末加入到无水乙醇中，超声使其分散均匀，取上层悬浮液，经过滤、洗涤后冷冻干燥得到g
‑
C3N4纳米片；
[0009]S2、制备三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料：在硝酸铋溶液中，加入S1制备的g
‑
C3N4纳米片，分散得到均匀悬浮溶液，调节pH到碱性后，进行水热反应，然后经过滤、洗涤、干燥得到三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料，作为前驱体；
[0010]S3、制备磁改性三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料：将S2制备的前驱体分散到Fe
2+
和Fe
3+
溶液中，在惰性气体保护下陈化，然后调节pH至9
‑
10，反应后经过滤、洗涤、烘干得到磁改性三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料。
[0011]在本专利技术的一个具体实施方式中，步骤S1中所述低温焙烧是以4.0
‑
5.0℃/min升温速率加热至540
‑
550℃并保持4
‑
5h。
[0012]在本专利技术的一个具体实施方式中，步骤S2中所述硝酸铋溶液优选为五水硝酸铋溶解于硝酸溶液中获得，所述硝酸溶液中硝酸的体积占比为1/9
‑
1/10。
[0013]在本专利技术的一个具体实施方式中，步骤S2中所述五水硝酸铋和所述g
‑
C3N4粉末的质量比小于5:1。
[0014]在本专利技术的一个具体实施方式中，步骤S2中所述水热反应是在140
‑
180℃反应4
‑
16h。
[0015]在本专利技术的一个具体实施方式中，步骤S3中所述陈化的时间为30
‑
60min。
[0016]在本专利技术的一个具体实施方式中，步骤S3制备的磁改性三维花状N
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Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料中Fe3O4与N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料的质量比为0.05:1
‑
0.4:1。
[0017]在本专利技术的一个具体实施方式中，所述磁改性三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料中，N
‑
Bi2O2CO3与g
‑
C3N4质量比优选为1:10
‑
2:5。
[0018]本专利技术还提供了上述磁改性三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料在降解有机污染物中的应用，所述有机污染物包括印染废水、医药废水和矿山废水的至少一种。
[0019]在本专利技术的一个具体实施方式中，将磁改性三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料添加到所述有机污染物中，在可见光下催化分解。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0021]1.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁改性三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、制备g
‑
C3N4纳米片：将三聚氰胺低温焙烧，得到g
‑
C3N4粉末，然后将所述g
‑
C3N4粉末加入到无水乙醇中，超声使其分散均匀，取上层悬浮液，经过滤、洗涤后冷冻干燥得到g
‑
C3N4纳米片；S2、制备三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料：在硝酸铋溶液中，加入S1制备的g
‑
C3N4纳米片，分散得到均匀悬浮溶液，调节pH到碱性后，进行水热反应，然后经过滤、洗涤、干燥得到三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料，作为前驱体；S3、制备磁改性三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料：将S2制备的前驱体分散到Fe
2+
和Fe
3+
溶液中，在惰性气体保护下陈化，然后调节pH至9
‑
10，反应后经过滤、洗涤、烘干得到磁改性三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料。2.根据权利要求1所述的一种磁改性三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述低温焙烧是以4.0
‑
5.0℃/min升温速率加热至540
‑
550℃并保持4
‑
5h。3.根据权利要求1所述的一种磁改性三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
‑
C3N4光催化材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述硝酸铋溶液优选为五水硝酸铋溶解于硝酸溶液中获得，所述硝酸溶液中硝酸的体积占比为1/9
‑
1/10。4.根据权利要求3所述的一种磁改性三维花状N
‑
Bi2O2CO3/g
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄勇，叶宇玲，刘小楠，邢波，张小芳，何林芯，游俊杰，周强，黄伟，郭德金，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：