一種硅酸鹽粘土/銅/氮化碳復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無機(jī)復(fù)合材料光催化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種硅酸鹽粘土 /銅/氮化 碳復(fù)合光催化劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石墨相氮化碳（g_C3N4)是一種新型可見光響應(yīng)的非金屬光催化材料，具有制備工 藝簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性好、耐酸堿和便于改性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于光催化領(lǐng)域。然而，g_C3N4材料 仍存在一些弊端，如比表面積小，光生電子和空穴對(duì)復(fù)合率高，量子效率低，從而致使g_C3N4 的光催化性能不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種硅酸鹽粘土 /銅/氮化碳復(fù)合材料的制 備方法，制備方案為：
[0004] 首先以一維硅酸鹽粘土為載體，在其表面均勻負(fù)載氫氧化銅粒子，制得硅酸鹽粘 土 /氫氧化銅復(fù)合物；然后將所得的復(fù)合物與富含碳氮源的原料混合后煅燒，制得硅酸鹽 粘土 /銅/氮化碳復(fù)合材料。
[0005] 上述制備工藝的具體步驟為：
[0006] (1)將硅酸鹽粘土分散于去離子水中得到分散液，在攪拌的同時(shí)，將可溶性銅鹽溶 液和堿性溶液同時(shí)滴加到分散液中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度維持在〇~l〇°C，體系pH值保持在 7. 5~9. 5,滴加反應(yīng)完后，過濾，洗滌至濾液的電導(dǎo)率小于200μS/cm，即制得硅酸鹽粘土 / 氫氧化銅復(fù)合濾餅，
[0007] 其中，硅酸鹽粘土為一維納米結(jié)構(gòu)的天然硅酸鹽粘土，如凹凸棒石、海泡石或埃洛 石，硅酸鹽粘土與去離子水質(zhì)量之比為0.02~0. 15:1，
[0008] 可溶性銅鹽為硫酸銅（CuS04 · 5H20)、氯化銅（CuCl2 · 2H20)、硝酸銅 (Cu(N03)2 · 3H20)或醋酸銅（Cu(CH3C00)2 · H20)，可溶性銅鹽溶液的濃度為0· 3~2. Omol/ L，
[0009] 堿性溶液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液，堿性溶液的濃度為0. 5~1.Omol/L，
[0010] 可溶性銅鹽溶液和堿性溶液的用量以生成的氫氧化銅的質(zhì)量計(jì)算：氫氧化銅與硅 酸鹽粘土質(zhì)量之比為0. 1~0. 5:1 ;
[0011] (2)將步驟（1)中所得的復(fù)合濾餅與富含碳氮源的原料混合均勻，然后將所得混 合物置于密閉容器中，在溫度為520°C~570°C的條件下煅燒4~7小時(shí)，即制得硅酸鹽粘 土 /銅/氮化碳復(fù)合材料，
[0012] 其中，富含碳氮源的原料為尿素、雙氰胺或三聚氰胺，富含碳氮源的原料與硅酸鹽 粘土 /氫氧化銅復(fù)合濾餅質(zhì)量之比為1~4:1。
[0013] 本發(fā)明的有益效果在于：以天然一維納米硅酸鹽粘土為載體制備硅酸鹽粘土 /銅 /氮化碳復(fù)合光催化劑，可以有效地防止〇維的氧化銅粒子和2維氮化碳片的團(tuán)聚，提高了 復(fù)合材料的比表面積；可以充分利用含碳氮源的原料熱解過程中產(chǎn)生的還原性氣體，在高 溫下將凹凸棒石表面的氫氧化銅還原成銅單質(zhì)，同時(shí)在凹凸棒石/銅復(fù)合物表面生成氮化 碳，具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)；
[0014] 本發(fā)明所制得的硅酸鹽粘土 /銅/氮化碳復(fù)合材料組分中，銅單質(zhì)具有優(yōu)良的導(dǎo) 電性能，為載流子的轉(zhuǎn)移和躍迀提供了通道，進(jìn)一步加速光生電子-空穴對(duì)的快速分離；從 而有效提高了復(fù)合材料的光催化性能。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 實(shí)施例1
[0016] 1、將0. 10千克凹凸棒石分散于5千克去離子水中，在攪拌的同時(shí)，將1. 7升濃度 為0. 3摩爾/升的氯化銅溶液和2. 0升濃度為0. 5摩爾/升的氫氧化鈉溶液同時(shí)滴加到分 散液中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度維持為〇°C，體系pH值保持為9. 5,反應(yīng)滴加完后，過濾，洗滌至 濾液的電導(dǎo)率為200μS/cm，即制得凹凸棒石/氫氧化銅復(fù)合濾餅；
[0017] 2、將步驟1所得的復(fù)合濾餅與0. 6千克尿素混合均勻，然后將所得混合物置于密 閉容器中，在溫度為570°C的條件下煅燒4小時(shí)，即制得凹凸棒石/銅/氮化碳復(fù)合材料。
[0018] 實(shí)施例2
[0019] 1、將0. 75千克海泡石分散于5千克去離子水中，在攪拌的同時(shí)，將0. 38升濃度為 2. 〇摩爾/升的硫酸銅溶液和1. 54升濃度為1. 0摩爾/升的氫氧化鉀溶液同時(shí)滴加到分散 液中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度維持為l〇°C，體系pH值保持為7. 5,反應(yīng)滴加完后，過濾，洗滌至濾 液的電導(dǎo)率為150μS/cm，即制得海泡石/氫氧化銅復(fù)合濾餅；
[0020] 2、將步驟1所得的復(fù)合濾餅與0. 76千克雙氰胺混合均勻，然后將所得混合物置于 密閉容器中，在溫度為520°C的條件下煅燒7小時(shí)，即制得海泡石/銅/氮化碳復(fù)合材料。
[0021] 實(shí)施例3
[0022] 1、將0. 40千克埃洛石分散于5千克去離子水中，在攪拌的同時(shí)，將0. 82升濃度為 1. 5摩爾/升的硝酸銅溶液和3. 1升濃度為0. 8摩爾/升的氫氧化鉀溶液同時(shí)滴加到分散 液中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度維持為7°C，體系pH值保持為8. 5,反應(yīng)滴加完后，過濾，洗滌至濾 液的電導(dǎo)率為180μS/cm，即制得埃洛石/氫氧化銅復(fù)合濾餅；
[0023] 2、將步驟1所得的復(fù)合濾餅與1. 04千克雙氰胺混合均勻，然后將所得混合物置于 密閉容器中，在溫度為545°C的條件下煅燒6小時(shí)，即制得埃洛石/銅/氮化碳復(fù)合材料。
[0024] 實(shí)施例4
[0025] 1、將0. 50千克凹凸棒石分散于5千克去離子水中，在攪拌的同時(shí)，將1. 28升濃度 為1. 0摩爾/升的硝酸銅溶液和3. 4升濃度為0. 75摩爾/升的氫氧化鈉溶液同時(shí)滴加到 分散液中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度維持為5°C，體系pH值保持為9. 0,反應(yīng)滴加完后，過濾，洗滌 至濾液的電導(dǎo)率為120μS/cm，即制得凹凸棒石/氫氧化銅復(fù)合濾餅；
[0026] 2、將步驟1所得的復(fù)合濾餅與1. 87千克三聚氰胺混合均勻，然后將所得混合物置 于密閉容器中，在溫度為550°C的條件下煅燒5小時(shí)，即制得凹凸棒石/銅/氮化碳復(fù)合材 料。
[0027] 比較例1
[0028]在比較例1中，去掉實(shí)施例4中的凹凸棒石負(fù)載氫氧化銅工序，具體步驟如下：
[0029] 將0. 50千克凹凸棒石與1. 87千克三聚氰胺混合均勻，一邊攪拌，一邊滴加去離子 水至混合物呈現(xiàn)糊狀物時(shí)，將其置于密閉容器中，在溫度為550Γ的條件下煅燒5小時(shí)，即 制得凹凸棒石/氮化碳復(fù)合材料。
[0030] 比較例2
[0031] 在比較例2中，去掉實(shí)施例4中的凹凸棒石載體工序，具體步驟如下：
[0032] 1、一邊攪拌，一邊將1. 28升濃度為1. 0摩爾/升的硝酸銅溶液和3. 4升濃度為 0. 75摩爾/升的氫氧化鈉溶液同時(shí)滴加到5千克去離子水中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度維持為 5°C，體系pH值保持為9. 0,反應(yīng)滴加完后，過濾，洗滌至濾液的電導(dǎo)率為120μS/cm，即制得 氫氧化銅濾餅；
[0033] 2、將步驟1所得的復(fù)合濾餅與1. 87千克三聚氰胺混合均勻，然后將所得混合物置 于密閉容器中，在溫度為550°C的條件下煅燒5小時(shí)，即制得銅/氮化碳復(fù)合材料。
[0034] 光催化性能評(píng)價(jià)
[0035] 向XPA光化學(xué)反應(yīng)儀（南京胥江機(jī)電廠）中加入0. 5克上述各實(shí)施例、比較例制 備的復(fù)合材料產(chǎn)物光催化劑，再加入500毫升質(zhì)量濃度為0. 05g*L1的亞甲基藍(lán)水溶液，攪 拌30分鐘后，開啟汞燈（功率500瓦），每隔10分鐘抽樣15毫升，離心分離，取上層清液進(jìn) 行測(cè)試。通過分光光度計(jì)在其最大吸收波長(zhǎng)^64nm)下測(cè)定溶液的吸光度，降解率按下式 計(jì)算：
[0037] η為降解率（％ ) ;A。，At分別為降解前、降解t時(shí)間后的溶液吸光度；C。、Ct分別 為降解前、降解t時(shí)間后的溶液濃度。
[0038] 實(shí)施例和比較例所得產(chǎn)品的光催化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表1所示。
[0039] 表1實(shí)施例和比較例所得產(chǎn)物的光催化性能比較
[0040]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種娃酸鹽粘土 /銅/氮化碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述的制備方法 為，首先以一維硅酸鹽粘土為載體，在其表面均勻負(fù)載氫氧化銅粒子，制得硅酸鹽粘土 /氫 氧化銅復(fù)合物；然后將所得的復(fù)合物與富含碳氮源的原料混合后煅燒，制得硅酸鹽粘土 / 銅/氮化碳復(fù)合材料。2. 如權(quán)利要求1所述的硅酸鹽粘土 /銅/氮化碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于： 所述制備方法的具體步驟為， (1) 將硅酸鹽粘土分散于去離子水中得到分散液，在攪拌的同時(shí)，將可溶性銅鹽溶液和 堿性溶液同時(shí)滴加到所述分散液中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度維持在〇~l〇°C，體系pH值保持在 7. 5~9. 5,滴加反應(yīng)完后，過濾，洗滌至濾液的電導(dǎo)率小于200μS/cm，即制得硅酸鹽粘土 / 氫氧化銅復(fù)合濾餅； (2) 將步驟（1)中所得的復(fù)合濾餅與富含碳氮源的原料混合均勻，然后將所得混合物 置于密閉容器中，在溫度為520°C~570°C的條件下煅燒4~7小時(shí)，即制得硅酸鹽粘土 / 銅/氮化碳復(fù)合材料。3. 如權(quán)利要求2所述的硅酸鹽粘土 /銅/氮化碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于： 步驟（1)中所述的硅酸鹽粘土為凹凸棒石、海泡石或埃洛石。4. 如權(quán)利要求2所述的硅酸鹽粘土 /銅/氮化碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于： 步驟（1)中所述的硅酸鹽粘土與去離子水質(zhì)量之比為〇. 02~0. 15:1。5. 如權(quán)利要求2所述的硅酸鹽粘土 /銅/氮化碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于： 步驟（1)中所述的可溶性銅鹽為硫酸銅、氯化銅、硝酸銅或醋酸銅。6. 如權(quán)利要求2所述的硅酸鹽粘土 /銅/氮化碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于： 步驟（1)中所述的可溶性銅鹽溶液的濃度為〇. 3~2.Omol/L。7. 如權(quán)利要求2所述的娃酸鹽粘土 /銅/氮化碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：步 驟（1)中所述的堿性溶液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液，所述堿性溶液的濃度為〇. 5~ L0mol/L〇8. 如權(quán)利要求2所述的硅酸鹽粘土 /銅/氮化碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于： 步驟（1)中所述的可溶性銅鹽溶液和堿性溶液的用量以生成的氫氧化銅的質(zhì)量計(jì)算，氫氧 化銅與娃酸鹽粘土質(zhì)量之比為0. 1~0. 5:1。9. 如權(quán)利要求2所述的硅酸鹽粘土 /銅/氮化碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于： 步驟（2)中所述的富含碳氮源的原料為尿素、雙氰胺或三聚氰胺，所述富含碳氮源的原料 與硅酸鹽粘土 /氫氧化銅復(fù)合濾餅質(zhì)量之比為1~4:1。
【專利摘要】本發(fā)明屬于無機(jī)復(fù)合材料光催化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種硅酸鹽粘土/銅/氮化碳復(fù)合光催化劑的制備方法。首先以一維硅酸鹽粘土為載體，在其表面均勻負(fù)載氫氧化銅粒子，制得硅酸鹽粘土/氫氧化銅復(fù)合物；然后將所得的復(fù)合物與富含碳氮源的原料混合后煅燒，制得硅酸鹽粘土/銅/氮化碳復(fù)合材料，有效提高了復(fù)合材料的比表面積和光催化性能。
【IPC分類】B01J27/24, B01J35/10
【公開號(hào)】CN105396605
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510757416
【發(fā)明人】姚超, 陳瑤, 左士祥, 劉文杰, 羅士平, 李霞章, 毛輝麾, 馬建鋒
【申請(qǐng)人】常州大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年11月9日