一种光催化剂CNB-BA及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种光催化剂CNB‑BA，该光催化剂中CNB与巴比妥酸的重量0.5g:(1～60)mg，其在紫外光下对甲基橙等有机染料具有良好的催化降解效率，本发明专利技术还提供了一种制备该光催化剂的方法，其以硼源与碳氮源进行化合反应制得的石墨相氮化碳，再经过巴比妥酸对石墨相氮化碳进行改性，该方法操作简单，绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
一种光催化剂CNB-BA及其制备方法
本专利技术涉及光催化领域，特别涉及一种光催化剂CNB-BA及其制备方法。
技术介绍
石墨相氮化碳(g-C3N4)以其光催化活性较高、稳定性好、原料价格便宜、尤其是不含金属这一突出优点，使它成为一种新型的光催化材料，然而，单一相催化剂通常因量子效率低而使其光催化性能表现不够理想。因g-C3N4材料光生电子－空穴复合率较高，导致其催化效率较低，从而限制了它在光催化方面的应用，为了提高g-C3N4的催化活性，最近几年来，人们研究了很多改性方法，对g-C3N4进行改性的非金属元素包括S、N、C、B、F、P等，一般认为这些非金属元素取代了3-s-三嗪结构单元中的C、N、H元素，从而形成g-C3N4晶格缺陷使得光生电子-空穴对得到有效分离，有效提高其光催化性能。Zhang等将双氰胺与BmimPF6(离子液体)混合,经过高温煅烧后得到P掺杂g-C3N4催化剂，经XPS分析表明P元素取代了结构单元中C，少量P掺杂虽然不能改变g-C3N4的结构，但是，其明显改变了g-C3N4的电子结构，光生电流也明显高于没掺杂g-C3N4。Yan等采用加热分解三聚氰胺与氧化硼的混合物制备了B掺杂g-C3N4，经过XPS光谱分析表明B取代了g-C3N4结构中的H，光催化降解染料研究表明B掺杂同时提高了催化剂对光的吸收，因此,罗丹明B光催化降解效率也得到提高。Liu等将g-C3N4在H2S气氛里于450℃煅烧制备了具有独特电子结构S元素掺杂g-C3N4的CNS催化剂，XPS分析显示S取代了g-C3N4结构中N，当λ＞300及420nm时S掺杂g-C3N4光催化分解水产氢催化效率分别比单一g-C3N4提高7.2和8.0倍。Wang等报道了B、F掺杂g-C3N4研究，他们用NH4F作为F源与DCDA制得F元素掺杂g-C3N4催化剂(CNF)，其研究结果表明F元素已掺入g-C3N4的骨架中，形成了C—F键，使其中一部分sp2C转化为sp3C，从而导致g-C3N4平面结构不规整；另外，随着F元素掺杂数量增多，CNF在可见光区域内的吸收范围也随之扩大，而其对应的带隙能由2.69eV降到2.63eV。Wang等又用BH3NH3作为硼源制备B元素掺杂的g-C3N4催化剂(CNB)，对其表征发现B元素掺入取代了g-C3N4结构单元中的C元素。Lin等采用四苯硼钠作为B源，在掺入B的同时，又因苯离去基团的作用使得g-C3N4形成薄层结构，其层的厚度为2～5nm，降低了光生电子到达催化剂表面所需要消耗的能量，因此提高光催化效率。到目前为止，利用焙烧的方法制备了CNB与巴比妥酸(BA)不同质量比率的CNB-BA复合光催化剂的研究却未见报道。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，结果发现：用硼源与碳氮源进行化合反应制得的石墨相氮化碳，经过巴比妥酸改性后制得的光催化剂对甲基橙等染料具有良好的光催化降解效率，从而完成了本专利技术。本专利技术的目的在于提供以下方面：第一方面，本专利技术提供一种光催化剂CNB-BA，其特征在于，该光催化剂中，CNB与巴比妥酸的重量0.5g:(1～60)mg，优选为0.5g:(2～55)mg，如0.5g:50mg，0.5g:25mg，0.5g:15mg，0.5g:5mg，0.5g:2.5mg；根据其XRD谱，其在2θ＝13.0°、24.7°处存在衍射峰，分别对应(100)和(002)晶面；根据其红外光谱图，在波数为810cm-1附近，在波数为1280cm-1以及1375cm-1附近以用在波数为1649cm-1附近存在吸收峰。第二方面，本专利技术还提供一种制备上述光催化剂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，将硼源与碳氮源混合，分散于第一分散剂中，除去第一分散剂后煅烧，制得CNB；步骤2，将巴比妥酸与步骤1制得的CNB混合，向体系中加入第二分散剂，制成第二分散体系，升温后保温反应，除去第二分散剂，焙烧。第三方面，本专利技术还提供上述光催化剂在催化降解染料污水方面的应用。附图说明图1示出样品的XRD光谱图；图2示出样品的红外光谱图图3示出样品的光致发光光谱图；图4示出样品的紫外-可见漫反射光谱图；图5示出对比例1制得样品降解甲基橙的UV-Vis谱随时间的变化图；图6示出实施例3制得样品降解甲基橙的UV-Vis谱随时间的变化图；图7示出对比例2制得样品降解甲基橙的UV-Vis谱随时间的变化图；图8示出对比例3制得样品降解甲基橙的UV-Vis谱随时间的变化图；图9示出样品在光降解30min时对甲基橙的降解率；图10示出样品在光降解45min时对甲基橙的降解率；图11示出样品降解甲基橙的紫外光催化活性；图12示出清除剂对样品催化活性的影响。具体实施方式下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。以下详述本专利技术。根据本专利技术的第一方面，提供一种光催化剂CNB-BA，其特征在于，该光催化剂中，CNB与BA的重量0.5g:(1～60)mg，优选为0.5g:(2～55)mg，如0.5g:50mg，0.5g:25mg，0.5g:15mg，0.5g:5mg，0.5g:2.5mg；根据其XRD谱，其在2θ＝13.0°、24.7°处存在衍射峰，分别对应(100)和(002)晶面；根据其红外光谱图，在波数为810cm-1附近，在波数为1280cm-1以及1375cm-1附近以用在波数为1649cm-1附近存在吸收峰。根据本专利技术的第二方面，还提供一种制备上述光催化剂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，将硼源与碳氮源混合，分散于第一分散剂中，除去第一分散剂后煅烧，制得CNB。在本专利技术中，所述硼源选自氧化硼、硼酸、硼酸钠、硼酸钾、四苯基硼酸钾和/或四苯基硼酸钠等，优选为四苯基硼酸钠。在本专利技术中，所述碳氮源选自碳氮比为1:3～3:1的小分子量的含氮有机物，优选选自碳氮比为1:2的小分子量含氮有机物作，如单氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素、盐酸胍等，优选为尿素。在本专利技术中，硼源与碳氮源的重量比为(1～20)mg:10g，优选为(3～15)mg:10g，如5mg:10g。本专利技术人发现，将含氮有机物和含有非金属元素的化合物置于液相体系中混合，能够使上述两种物质混合充分，煅烧制得的非金属元素掺杂石墨相氮化碳形貌均一。在本专利技术中，所述第一分散剂选自纯净水、去离子水和/或蒸馏水，优选为蒸馏水。本专利技术人发现，除去含氮有机物和含有非金属元素的化合物混合物所在体系中的第一分散剂能够显著缩短煅烧时间，因此，本专利技术选择在煅烧前除去第一分散剂，本专利技术对除去第一分散剂的方式不做特别限定，现有技术中任何一种除去第一分散剂的方式均可使用，如常温挥发、常压加热、减压蒸馏等，本专利技术对除第一去分散剂时的温度也不做特别限定，以不使含氮有机物和含有非金属元素的化合物分解为优选，如30℃～200℃，更优选为50℃～150℃，进一步优选为60℃～120℃，如80℃。任选地，将除去第一分散剂后的混合物进行干燥，本专利技术人发现，干燥后的混合物其在高温煅烧的条件下更容易反应，能够明显缩短反应时间，而且得到的产物形貌良好，粒径均一。在本专利技术中，对除去第一分散剂后的体系进行煅烧制得CNB。本专利技术人发现，在400℃～800℃下煅烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光催化剂CNB‑BA，其特征在于，该光催化剂中，CNB与巴比妥酸的重量0.5g:(1～60)mg，优选为0.5g:(2～55)mg，如0.5g:50mg，0.5g:25mg，0.5g:15mg，0.5g:5mg，0.5g:2.5mg；和/或根据其XRD谱，其在2θ＝13.0°、24.7°处存在衍射峰，分别对应(100)和(002)晶面；和/或根据其红外光谱图，在波数为810cm‑1附近，在波数为1280cm

【技术特征摘要】
1.一种光催化剂CNB-BA，其特征在于，该光催化剂中，CNB与巴比妥酸的重量0.5g:(1～60)mg，优选为0.5g:(2～55)mg，如0.5g:50mg，0.5g:25mg，0.5g:15mg，0.5g:5mg，0.5g:2.5mg；和/或根据其XRD谱，其在2θ＝13.0°、24.7°处存在衍射峰，分别对应(100)和(002)晶面；和/或根据其红外光谱图，在波数为810cm-1附近，在波数为1280cm-1以及1375cm-1附近以用在波数为1649cm-1附近存在吸收峰。2.一种制备权利要求1所述的光催化剂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，将硼源与碳氮源混合，分散于第一分散剂中，除去第一分散剂后煅烧，制得CNB；步骤2，将巴比妥酸与步骤1制得的CNB混合，向体系中加入第二分散剂，制成第二分散体系，升温后保温反应，除去第二分散剂，焙烧。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述硼源选自氧化硼、硼酸、硼酸钠、硼酸钾、四苯基硼酸钾和/或四苯基硼酸钠等，优选为四苯基硼酸钠；和/或所述碳氮源选自碳氮比为1:3～3:1的小分子量的含氮有机物，优选选自碳氮比为1:2的小分子量含氮有机物作，如单氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素、盐酸胍等，优选为尿素。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔玉民，李慧泉，苗慧，陶栋梁，
申请(专利权)人：阜阳师范学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34