的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種g-C3N4的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]g-C3N4(石墨相氮化碳)作為一種新興的無金屬光催化劑，憑借著其較低的能帶間隙(2.7eV)、可見光區(qū)域響應(yīng)(420nm)的特點(diǎn)，在可見光催化領(lǐng)域占有一席之地，可以使用g_C3N4在可見光下進(jìn)行水的分解(1.23eV)制備氫氣和氧氣、常見有機(jī)染料的降解(羅丹明B、甲基橙等)、有機(jī)反應(yīng)的合成、C02固定等。但是由于g-C3N4的比表面積相對(duì)較低，只有約10m2/g，嚴(yán)重地影響了其對(duì)目標(biāo)物質(zhì)的吸附，從而使光催化效率大大地降低。即使制備成微介孔結(jié)構(gòu)的g_C3N4，雖然增大了比表面積，但是并沒有充分的利用微介孔的結(jié)構(gòu)，僅在孔道兩端進(jìn)行了催化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是要解決g_C3N4的比表面積較低，光催化效率低的技術(shù)問題，而提供一種大孔g-C3N4的制備方法。
[0004]本發(fā)明的一種大孔g_C3N4的制備方法是按以下步驟進(jìn)行的:
[0005]—、制備多孔S i 0 2小球:將T P A 0 Η與去離子水混合，攪拌至溶液澄清，然后加入TE0S，攪拌至溶液澄清，再加入Amberl ite IRA-900，攪拌24h?25h，然后在反應(yīng)釜中溫度為60°C的條件下水熱處理24h，過濾洗滌得固體，在溫度為60°C的條件下烘干12h，在溫度為550°(3的條件下燒結(jié)611，得到3丨02小球;所述的了?40!1與去離子水的體積比為1:(3.5?4.5);所述的ΤΡΑ0Η與TE0S的體積比為1: (2?3)；所述的ΤΡΑ0Η的體積與Amberl ite IRA-900的質(zhì)量比為lmL: lg;
[0006]二、將步驟一制備的多孔Si02小球和二氰二胺一起溶于溶劑中，得到混合溶液;所述的步驟一制備的多孔Si02小球和二氰二胺的質(zhì)量比為1: (2?4);所述的步驟一制備的多孔Si02小球的質(zhì)量和溶劑的體積比為lg: 10mL;
[0007]三、將步驟二制備的混合溶液在室溫或溫度為40°C的條件下攪拌12h?24h，過濾得固體，在溫度為60°C?65°C的條件下烘干12h?14h，用35目的篩子過篩，保留篩子上面篩不過去的小球；
[0008]四、燒結(jié):將步驟三得到的小球在氮?dú)獗Ｗo(hù)和升溫速率為2min/s?20min/s的條件下從室溫升溫至500°C?700°C，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)和溫度為500°C?700°C的條件下燒結(jié)1?3h，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下隨爐冷卻至室溫，得到燒結(jié)后的小球；
[0009]五、將步驟四燒結(jié)后的小球在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的HF水溶液中浸泡24h，得到大孔
g-C3N4o
[0010]TPAOH是四丙基氫氧化銨，TEOS是正硅酸乙酯，Amberlite IRA-900是大孔強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂。
[0011]本發(fā)明的大孔g-C3N4的大孔結(jié)構(gòu)有利于目標(biāo)物質(zhì)的質(zhì)量傳遞，尤其是具有連續(xù)孔道的結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步加強(qiáng)質(zhì)量傳遞和交換;本發(fā)明的大孔g_C3N4的骨架纖細(xì)、孔道豐富、尺寸適宜，有利于降低光生電子和空穴的重結(jié)合、目標(biāo)物的質(zhì)量傳遞以及對(duì)光的吸收和利用。
[0012]本發(fā)明的大孔g-C3N4的合成方法是使用多孔Si02為模板，使用二氰二胺為原料，合成出具有在可見光下高催化效率的大孔g-C3N4，相對(duì)于同類型的大孔g-C3N4，具有孔道密集、聯(lián)通的特點(diǎn)，相對(duì)于現(xiàn)有的無孔g_C3N4，催化效率提到了至少三倍，可以用來作為污水的友好處理以及氫能源的制備的優(yōu)秀催化劑。
【附圖說明】
[0013]圖1為試驗(yàn)一制備的大孔g-C3N4的XRD圖；
[0014]圖2為試驗(yàn)一制備的大孔g_C3N4的TEM圖；
[0015]圖3是可見光下催化羅丹明B降解的效率圖，曲線1是試驗(yàn)二的，曲線2是試驗(yàn)三。
【具體實(shí)施方式】
[0016]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式為一種大孔g-C3N4的制備方法，具體是按以下步驟進(jìn)行的:
[0017]一、制備多孔Si02小球:將TPA0Η與去離子水混合，攪拌至溶液澄清，然后加入TE0S，攪拌至溶液澄清，再加入Amberl ite IRA-900，攪拌24h?25h，然后在反應(yīng)釜中溫度為60°C的條件下水熱處理24h，過濾洗滌得固體，在溫度為60°C的條件下烘干12h，在溫度為550°(3的條件下燒結(jié)611，得到3丨02小球;所述的了?40!1與去離子水的體積比為1:(3.5?4.5);所述的ΤΡΑ0Η與TE0S的體積比為1: (2?3)；所述的ΤΡΑ0Η的體積與Amberl ite IRA-900的質(zhì)量比為lmL: lg;
[0018]二、將步驟一制備的多孔Si02小球和二氰二胺一起溶于溶劑中，得到混合溶液;所述的步驟一制備的多孔Si02小球和二氰二胺的質(zhì)量比為1: (2?4);所述的步驟一制備的多孔Si02小球的質(zhì)量和溶劑的體積比為lg: 10mL;
[0019]三、將步驟二制備的混合溶液在室溫或溫度為40°C的條件下攪拌12h?24h，過濾得固體，在溫度為60°C?65°C的條件下烘干12h?14h，用35目的篩子過篩，保留篩子上面篩不過去的小球；
[0020]四、燒結(jié):將步驟三得到的小球在氮?dú)獗Ｗo(hù)和升溫速率為2min/s?20min/s的條件下從室溫升溫至500°C?700°C，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)和溫度為500°C?700°C的條件下燒結(jié)1?3h，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下隨爐冷卻至室溫，得到燒結(jié)后的小球；
[0021]五、將步驟四燒結(jié)后的小球在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的HF水溶液中浸泡24h，得到大孔
g-C3N4o
[0022]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一的不同點(diǎn)是:步驟一所述的TPAOH與去離子水的體積比為1:4。其他與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0023]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二的不同點(diǎn)是:步驟一所述的ΤΡΑ0Η與TE0S的體積比為1:2.5。其他與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0024]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三的不同點(diǎn)是:步驟二所述的步驟一制備的多孔Si02小球和二氰二胺的質(zhì)量比為1:3。其他與【具體實(shí)施方式】一至三相同。
[0025]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四的不同點(diǎn)是:步驟二所述的溶劑為去離子水或甲醇。其他與【具體實(shí)施方式】一至四相同。
[0026]通過以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
[0027]試驗(yàn)一:本試驗(yàn)為一種大孔g-C3N4的制備方法，具體是按以下步驟進(jìn)行的:
[0028]一、制備多孔S i 02小球:將TPA0Η與去離子水混合，攪拌至溶液澄清，然后加入TE0S，攪拌至溶液澄清，再加入Amber 1 ite IRA-900，攪拌24h，然后在反應(yīng)釜中溫度為60°C的條件下水熱處理24h，過濾洗滌得固體，在溫度為60°C的條件下烘干12h，在溫度為550°C的條件下燒結(jié)6h，得到S i 02小球;所述的ΤΡΑ0Η與去離子水的體積比為1:4;所述的ΤΡΑ0Η與TE0S的體積比為1:2.5;所述的ΤΡΑ0Η的體積與Amberlite IRA-900的質(zhì)量比為lmL: lg;
[0029]二、將步驟一制備的多孔Si02小球和二氰二胺一起溶于溶劑中，得到混合溶液;所述的步驟一制備的多孔Si02小球和二氰二胺的質(zhì)量比為1:3;所述的步驟一制備的多孔Si02小球的質(zhì)量和溶劑的體積比為lg: 10mL;
[0030]三、將步驟二制備的混合溶液在室溫或溫度為40°C的條件下攪拌18h，過濾得固體，在溫度為60°C的條件下烘干12h，用35目的篩子過篩，保留篩子上面篩不過去的小球；[0031 ]四、燒結(jié):將步驟三得到的小球在氮?dú)獗Ｗo(hù)和升溫速率為10min/s的條件下從室溫升溫至570°C，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)和溫度為570°C的條件下燒結(jié)1.5h，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下隨爐冷卻至室溫，得到燒結(jié)后的小球；
[0032]五、將步驟四燒結(jié)后的小球在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的HF水溶液中浸泡24h，得到大孔
g-C3N4o
[0033]步驟二所述的溶劑為甲醇。
[0034]步驟一制備的Si02小球的氮?dú)馕降臄?shù)值bet為200cm2/g?400cm2/g，說明其具有大量的孔道。
[0035]圖1為試驗(yàn)一制備的大孔g-C3N4的XRD圖，從圖中可以看出在2Θ= 13°和27°出現(xiàn)了明顯的衍射峰，說明合成的材料是g_C3N4。
[0036]圖2為試驗(yàn)一制備的大孔g_C3N4的TEM圖，從圖中可以看出試驗(yàn)一制備的大孔g_C3N4具有明顯的大孔孔道，其尺寸約為50nm?60nm。
[0037]試驗(yàn)二:配置50mL的濃度為10mg/L羅丹明B溶液，將50mg試驗(yàn)一制備的大孔g-C3N4投入其中，在300W的氙燈和濾光片波長為400nm?700nm的條件下降解。
[0038]試驗(yàn)三:對(duì)比試驗(yàn):配置50mL的濃度為10mg/L羅丹明B溶液，將50mg普通的無孔g-C3N4投入其中，在300W的氙燈和濾光片波長為400nm?700nm的條件下降解。
[0039]圖3是可見光下催化羅丹明B降解的效率圖，曲線1是試驗(yàn)二的，曲線2是試驗(yàn)三的，從圖可以看出不論是降解率還是降解效率，試驗(yàn)一制備的大孔g_C3N4相對(duì)于普通的無孔g-C3N4都有很明顯的提尚。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大孔g_C3N4的制備方法，其特征在于大孔g_C3N4的制備方法是按以下步驟進(jìn)行的: 一、制備多孔Si02小球:將TPAOH與去離子水混合，攪拌至溶液澄清，然后加入TEOS，攪拌至溶液澄清，再加入Amberlite IRA-900，攪拌24h?25h，然后在反應(yīng)釜中溫度為60°C的條件下水熱處理24h，過濾洗滌得固體，在溫度為60°C的條件下烘干12h，在溫度為550°C的條件下燒結(jié)6h，得到Si02小球；所述的TPAOH與去離子水的體積比為1: (3.5?4.5);所述的TPAOH與TEOS的體積比為1: (2?3);所述的TPAOH的體積與Amberlite IRA-900的質(zhì)量比為lmL:lg； 二、將步驟一制備的多孔Si02小球和二氰二胺一起溶于溶劑中，得到混合溶液;所述的步驟一制備的多孔Si02小球和二氰二胺的質(zhì)量比為1: (2?4);所述的步驟一制備的多孔Si02小球的質(zhì)量和溶劑的體積比為lg: 10mL; 三、將步驟二制備的混合溶液在室溫或溫度為40°C的條件下攪拌12h?24h，過濾得固體，在溫度為60°C?65°C的條件下烘干12h?14h，用35目的篩子過篩，保留篩子上面篩不過去的小球； 四、燒結(jié):將步驟三得到的小球在氮?dú)獗Ｗo(hù)和升溫速率為2min/s?20min/s的條件下從室溫升溫至500°C?700°C，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)和溫度為500°C?700°C的條件下燒結(jié)1?3h，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下隨爐冷卻至室溫，得到燒結(jié)后的小球； 五、將步驟四燒結(jié)后的小球在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的HF水溶液中浸泡24h，得到大孔g-C3N4o2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大孔g_C3N4的制備方法，其特征在于步驟一所述的TPAOH與去離子水的體積比為1: 4。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大孔g_C3N4的制備方法，其特征在于步驟一所述的TPA0H與TE0S的體積比為1:2.5。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大孔g_C3N4的制備方法，其特征在于步驟二所述的步驟一制備的多孔Si02小球和二氰二胺的質(zhì)量比為1: 3。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大孔g_C3N4的制備方法，其特征在于步驟二所述的溶劑為去離子水或甲醇。
【專利摘要】一種大孔g-C3N4的制備方法，它涉及一種g-C3N4的制備方法。本發(fā)明是要解決g-C3N4的比表面積較低，光催化效率低的技術(shù)問題。本發(fā)明：一、制備多孔SiO2小球；二、將多孔SiO2小球和二氰二胺混合成溶液；三、攪拌、過濾、烘干、過篩；四、燒結(jié)；五、去除SiO2。本發(fā)明的大孔g-C3N4的合成方法是使用多孔SiO2為模板，使用二氰二胺為原料，合成出具有在可見光下高催化效率的大孔g-C3N4，相對(duì)于同類型的大孔g-C3N4，具有孔道密集、聯(lián)通的特點(diǎn)，相對(duì)于現(xiàn)有的無孔g-C3N4，催化效率提到了至少三倍，可以用來作為污水的友好處理以及氫能源的制備的優(yōu)秀催化劑。本發(fā)明應(yīng)用于制備g-C3N4。
【IPC分類】C01B21/082, B01J35/10, B01J27/24
【公開號(hào)】CN105417508
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511018335
【發(fā)明人】林凱峰, 李煜東, 姜艷秋, 許憲祝
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年12月29日