一种g-C3N4/{001}TiO2复合可见光催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种g-C3N4/{001}TiO2复合可见光催化剂及其制备方法与应用。该方法为：将HF溶液加入到钛酸四丁酯中，搅拌，接着进行水热反应，冷却至室温，将固体沉淀物用乙醇和去离子水洗涤，烘干，研磨成细粉，即得{001}TiO2粉末；将{001}TiO2粉体与g-C3N4的前驱物混合，随后将混合物移入半封闭的坩埚中，置于马弗炉中于空气气氛下煅烧，得到g-C3N4/{001}TiO2复合光催化剂。本发明专利技术所制备的复合催化剂能够广泛应用在大气净化、废水治理等方面，并且该制备工艺极其简单，所用原料廉价易得，具有很大的实际应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】—种g-C3N4/ {001} T i O2
本专利技术属于环境功能材料
，具体涉及一种g-c3N4/{001}T12。
技术介绍
光催化去除有机和无机污染物是一种很有前景的新的环境修复技术。纳米1102由于其廉价易得、性能稳定、氧化还原能力强等优点，至今仍然是最好的光催化剂之一。诸多理论和实验研究表明，在一般情况下，热力学不稳定的锐钛矿{001}Ti02较常规{101}Ti02光催化活性更高。但是其较窄的光谱响应范围和较高的载流子复合概率大大限制了其应用。目前较多使用掺杂的方法对{001}T12进行改性。但是因为{001}T12的结晶度高，用温和的后处理方法较难使掺杂原子进入晶格，而若在{001}Ti02成晶的过程中加入掺杂剂又不可避免的对T12 {001}面的生成产生不良影响，甚至导致无法得到{001}Ti02。本专利技术选择原料廉价易得的g-c3N4与{001}T12进行半导体复合，以期拓宽{001}Ti02的光谱响应范围，提高其量子效率，从而提高其光催化去除污染物的性能。目前g-C3N4只能通过煅烧的方式获得，故一般与其它物质复合时，都是先将g-C3N4制备好，再与其它半导体进行复合。但是{001}1102也有其自身的特殊性，由于在{001}T12成晶过程加入其它物质可能导致其{001}面无法形成，故一般与其它半导体复合时，也是先将{001} T1jIj备好。故若遵循一般制备方式，则只能将g-c 3N4和{001} T12都制备好然后通过后处理的方式使二者结合，但这种方式制备的g-C3N4/{001}T12复合光催化剂中两相的结合必然不会如原位制备那般紧密，这不利于界面电荷的转移效率和催化活性的大幅度提高。另外，{001}1102表面由于制备而残留的F离子一般不利于光催化反应的进行，需要去除，但是额外的去除F离子流程必然会增加成本和能耗。本专利技术将g-C 3N4的前驱物与{001} 1102直接混合，通过简单的热处理使g-c3N4原位生长于{001}T12表面，得到两相结合紧密的复合催化剂，并且将去除{001}Ti02表面F离子过程和g-c 3N4生成过程结合为一个过程，不仅降低了成本与能耗而且还有利于{001}Ti02高活性{001}面的保留。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种g-C3N4/{001} T12。本专利技术采用原位制备技术，通过直接煅烧{001}1102和不同的g-C3N4前驱体来制备g-C3N4/{001}T12复合可见光催化剂。所制得的复合光催化剂具有高效的可见光催化活性和良好的稳定性。本专利技术目的通过以下技术方案来实现:一种g-C3N4/ {001} T12复合可见光催化剂，所述复合光催化剂主要是由g-c3N4和{001}打02组成的二元光催化剂，由于这种特殊的原位制备手段使得g-C3N4从{001} T12表面直接生长出来，因而复合催化剂中两种物质间的接触更为紧密，复合催化剂中g_C3N4的质量比为I?40 wt%0—种g-C3N4/{001}T12复合可见光催化剂的制备方法，包括以下步骤: (1)制备{001}T12粉末:将2~6 mL HF溶液加入到15?30 mL钛酸四丁酯(TBOT)中，搅拌使之混合均匀，接着进行水热反应，反应结束后冷却至室温，将固体沉淀物用乙醇和去离子水洗涤3~5遍，然后将所得固体于烘箱中80~100°C烘干，最后将其研磨成细粉，即得{001} T12粉末; (2)g-C3N4/{001}Ti02复合光催化剂的制备:将步骤(I)中所述的{001}Ti02粉末与g_C3N4的前驱物混合，随后将混合物移入半封闭的坩祸中，置于马弗炉中于空气气氛下煅烧，使g_C3N4原位生长于{001} T1 2表面，得到两相结合紧密的g-C 3N4/ {001} 1102复合光催化剂。上述方法中，步骤(I)所述搅拌的温度为20?35 V，搅拌的时间为20?40 min,水热反应的温度为160~220°C，水热反应的时间为18~26 h。上述方法中，步骤(2)所述g_C3N4前驱物为尿素、三聚氰胺、硫脲或二氰二胺中的一种以上。上述方法中，步骤(2 )所述煅烧的温度为400?650 °C，煅烧的时间为1.5?3 h，升温速率为5?15 0C /min。上述方法中，步骤(2)所述8-(^4/{001}1102复合光催化剂中g-C3N4的质量含量为 I wt%-40 wt%0一种g-C3N4/ {001} 1102复合可见光催化剂应用于气相污染物的去除；所述g_C 3N4/{001}1102复合可见光催化剂应用于无机和有机气相污染物的去除。本专利技术与现有技术中的g_C3N4基复合光催化剂的制备方法(在制备好的g-C 3N4上附着其它半导体)存在本质上的区别，本专利技术采用将{001}Ti02和不同g-c 3N4的前驱物混合热处理的方法，使g-C3N4原位生长于{001} T12表面，制备得到了 g-c 3N4/{001} T12复合光催化剂。这种原位制得的复合光催化剂中组分间的接触很紧密，从而更有利于界面间的电荷转移，抑制了光生载流子的复合，改善了光催化活性。本专利技术复合光催化剂是催化剂中的氮化碳为石墨相氮化碳，而{001}Ti02也可被替换为{105}Ti02、单斜晶相的T12(B)或常规{101}Ti02等中的一种。本专利技术所制复合催化剂的组分间接触紧密，更有利于光生电子-空穴对的分离，因而获得更高的光催化效率。该复合催化剂在紫外光或可见光照射下，对气相污染物具有良好的去除效率。本专利技术所制备的复合催化剂能够广泛应用在大气净化、废水治理等方面，并且该制备工艺极其简单，所用原料廉价易得，具有很大的实际应用潜力。与现有技术相比，本专利技术具有如下优势:本专利技术的制备方法具有工艺简单、原料廉价、节省能耗的特点，只需将g_C3N4的前驱物与{001} 1102直接混合，通过简单的热处理即生成复合材料，无需溶剂，并且将去除{001}T12表面F离子过程和g-c 3N4生成过程结合为一个过程，不仅降低了成本与能耗而且还有利于{001}Ti02高活性{001}面的保留。所制备的复合催化剂在紫外光下(1.6 mw/cm2)和可见光下(0.7 mw/cm2)表现出良好的光催化活性，该催化剂能够广泛应用在气相污染物治理、废水处理等方面。【附图说明】图1 是本专利技术纯 g_C3N4、纯{001} T1jP g_C 3N4/{001} 1102复合光催化剂的 FT-1R图； 图2是本专利技术8-(^4/{001}1102复合光催化剂的SEM图； 图3是本专利技术8-(^当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种g‑C3N4/{001}TiO2复合可见光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备{001}TiO2粉末：将2~6 mL HF溶液加入到15～30 mL 钛酸四丁酯（TBOT）中，搅拌使之混合均匀，接着进行水热反应，反应结束后冷却至室温，将固体沉淀物用乙醇和去离子水洗涤3~5遍，然后将所得固体于烘箱中80~100℃烘干，最后将其研磨成细粉，即得{001}TiO2粉末；（2）g‑C3N4/{001}TiO2复合光催化剂的制备：将步骤（1）中所述的{001}TiO2粉末与g‑C3N4的前驱物混合，随后将混合物移入半封闭的坩埚中，置于马弗炉中于空气气氛下煅烧，使g‑C3N4原位生长于{001}TiO2表面，得到两相结合紧密的g‑C3N4/{001}TiO2复合光催化剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡芸，宋旭，韦朝海，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44