衍射峰的出現(xiàn)表明ACNS已與g_C3N4形成復(fù)合。圖2為ACNS/g-C3N4異質(zhì)結(jié)光催化劑IR譜圖。隨著ACNS的加入量不斷增加，g-C3N4的1318和1420cm—1慢慢消失，而位于1640cm—1的C-N伸縮振動峰和位于1405cm—1的CN環(huán)上的伸縮振動峰發(fā)生明顯的紅移現(xiàn)象，這表明ACNS的三嗪環(huán)和g-C3N4發(fā)生了相互作用。圖3所示的XPS驗(yàn)證了這種現(xiàn)象，形成ACNS/g-C3N4異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)后，g_C3N4的C-N-H基團(tuán)中N的電子結(jié)合能向低化學(xué)位移(401.1eV)移動(圖3a，3b)，而ACNS中的Cl離子的化學(xué)位移向高化學(xué)位移移動2p3/2( 197.73eV)and 2ρι/2( 199.0leV)(圖3c，3d)，這表明ACNS和g_C3N4確實(shí)存在化學(xué)作用。圖4為ACNS/g-C3N4異質(zhì)結(jié)光催化劑TEM照片。可見，ACNS與g-C3N4緊密結(jié)合，形成良好接觸的ACNS/g-C3N4異質(zhì)結(jié)。
[0027]對所制備的30%ACNS/g_C3N4光催化劑進(jìn)行光催化活性實(shí)驗(yàn):光源是300W氙燈，使用420nm濾光片以保證入射光為可見光(λ>420ηπι)。通過磁力攪拌來維持溶液中催化劑的懸浮狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)中，將50mg催化劑加到50mL 1ppm甲基橙(MO)染料中，避光攪拌lh，待反應(yīng)物在催化劑的表面建立吸附-脫附平衡后，開啟光源進(jìn)行光催化反應(yīng)，每隔一定的時間移取3.0mL反應(yīng)液，經(jīng)離心分離后，取上層清液使用Varian Cary 50UV_vis光譜儀進(jìn)行紫外-可見光譜分析。結(jié)果如圖5所示，無催化劑情況下，照射150min后，MO的自降解幾乎為0，商用P25催化劑在此實(shí)驗(yàn)參數(shù)下降解率為11.3%，不經(jīng)過異質(zhì)結(jié)復(fù)合的純g-C3N4的降解率為50.4%，而30?丨％40略/^-(:必4光催化劑降解率為96.3%，結(jié)果顯示異質(zhì)結(jié)可以有效地提高光催化降解活性。
[0028]實(shí)施例2制備含g_C3N4納米片質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的g_C3N4納米片/g_C3N4異質(zhì)結(jié)光催化劑。
[0029]按照下述步驟進(jìn)行:
[0030](I)將三聚氰胺置于加蓋的坩禍，以2.3°C/min的升溫速度在馬弗爐中升溫至5500C，保持4h，自然冷卻后所得的黃色粉末即為塊體g-C3N4。
[0031](2)將4.0g g-C3N4、52g H2S04(98% )、和20g發(fā)煙硫酸(含游離SO3約20?25% )依次加入到燒瓶中，在140°C下攪拌2h。自然冷卻，隨之注入到去離子水中，過濾收集白色產(chǎn)物，去離子水洗滌，干燥。所得白色粉末為g_C3N4納米片。
[0032](3)將步驟(1)、⑵所得的0.02g的g-C3N4納米片和0.08g的g-C3N4分別分散于50mL甲醇中，超聲lh，將懸浮液混合超聲并置于通風(fēng)廚揮發(fā)2h。甲醇溶液揮發(fā)干后，即得到由g-C3N4納米片和g_C3N4復(fù)合而成的異質(zhì)結(jié)光催化劑。將該樣品標(biāo)為20wt%ACNS/g-C3N4。
[0033]對樣品20wt%ACNS/g-C3N4進(jìn)行XRD測試(圖1) JCNS的(100)衍射峰的出現(xiàn)表明ACNS已與g-C3N4形成復(fù)合。
[0034]按照實(shí)施例1的方法對制備的催化劑材料進(jìn)行可見光催化活性測試，結(jié)果表明，可見光照射150min后，M0的降解率為87.6%。
[0035]實(shí)施例3制備含g_C3N4納米片質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的g_C3N4納米片/g_C3N4異質(zhì)結(jié)光催化劑。
[0036]按照下述步驟進(jìn)行:
[0037](I)將三聚氰胺置于加蓋的坩禍，以2.3°C/min的升溫速度在馬弗爐中升溫至5500C，保持4h，自然冷卻后所得的黃色粉末即為塊體g-C3N4。
[0038](2)將4.0g g-C3N4、52g H2S04(98% )、和20g發(fā)煙硫酸(含游離SO3約20?25% )依次加入到燒瓶中，在140°C下攪拌2h。自然冷卻，隨之注入到去離子水中，過濾收集白色產(chǎn)物，去離子水洗滌，干燥。所得白色粉末為g_C3N4納米片。
[0039](3)將步驟(1)、⑵所得的0.04g的g-C3N4納米片和0.06g的g-C3N4分別分散于50mL甲醇中，超聲lh，將懸浮液混合超聲并置于通風(fēng)廚揮發(fā)2h。甲醇溶液揮發(fā)干后，即得到由g-C3N4納米片和g-C3N4復(fù)合而成的異質(zhì)結(jié)光催化劑。將該樣品標(biāo)為40wt%ACNS/g-C3N4。
[0040]對樣品40wt %ACNS/g-C3N4進(jìn)行XRD測試(圖1) JCNS的(100)衍射峰的出現(xiàn)表明ACNS已與g-C3N4形成復(fù)合。圖2的紅外光譜圖表明1640cm—1,1405cm—1和810cm—1處的吸收峰發(fā)生一定程度的紅移，表明二者之間存在相互化學(xué)作用。
[0041]按照實(shí)施例1的方法對制備的催化劑材料進(jìn)行可見光催化活性測試，結(jié)果表明，可見光照射150min后，MO的降解率為90%。
[0042]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氮化碳異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法和應(yīng)用，其特征在于:由g-C3N4納米片和g-C3N4組成，所述g-C3N4納米片的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20 %?40 %，所述g-C3N4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60 %?80% ;其具體制備方法包括以下步驟: (1)將三聚氰胺置于加蓋的坩禍，以2.3°C/min的升溫速度在馬弗爐中升溫至550°C，保持4h，自然冷卻后所得的黃色粉即為塊體g-C3N4; (2)將4.0gg_C3N4、52g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的出504、和20g含游離SO3約20?25%的發(fā)煙硫酸依次加入到燒瓶中，在140°C下攪拌2h，自然冷卻，隨之注入到去離子水中，過濾收集白色產(chǎn)物，去離子水洗滌，干燥，所得白色粉末為g_C3N4納米片； (3)將步驟(I)、(2)所得的g-C3N4納米片和g_C3N4分別分散于50mL甲醇中，超聲Ih，將懸浮液混合超聲并置于通風(fēng)廚揮發(fā)2h，甲醇溶液揮發(fā)干后，即得到由g-C3N4納米片和g-C3N4復(fù)合而成的異質(zhì)結(jié)光催化劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化碳異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法和應(yīng)用，其特征在于:所述g-C3N4納米片的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，所述g_C3N4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氮化碳異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法和應(yīng)用，由g-C3N4納米片和g-C3N4組成，所述g-C3N4納米片的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％～40％，所述g-C3N4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％～80％；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備方法簡單、成本低，有利于工業(yè)化生產(chǎn)，選擇晶型互相匹配且存在能級交錯的g-C3N4納米片與g-C3N4構(gòu)建異質(zhì)結(jié)，有利于提高光的利用率，并促進(jìn)電子空穴對的有效遷移，分離氮化碳導(dǎo)帶上的光生電子從而提高光催化效率。實(shí)驗(yàn)表明，由該發(fā)明方法制備的g-C3N4納米片/g-C3N4復(fù)合光催化劑具有高效的可見光催化降解水中污染物性能，降解率較純氮化碳有大幅度提高。
【IPC分類】C02F1/30, B01J27/24
【公開號】CN105664997
【申請?zhí)枴緾N201610161753
【發(fā)明人】包木太, 楊曉龍, 錢方方, 陸金仁, 李一鳴
【申請人】中國海洋大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月18日