氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂及其制备方法和应用，该复合光催化剂包括氮杂化石墨烯量子点、银单质和石墨相氮化碳纳米片，其中氮杂化石墨烯量子点和银单质共同附着在石墨相氮化碳纳米片表面形成复合材料。其制备方法包括制备氮杂化石墨烯量子点负载的石墨相氮化碳纳米片复合材料和负载银单质。本发明专利技术的复合光催化剂具有光催化活性高、光催化稳定性好、光响应范围广的优点，其制备过程简单、操作简便、成本较低。本发明专利技术的复合光催化剂可用于处理抗生素废水，具有应用方法简单、成本低、对抗生素去除率高、光催化性能稳定、可重复利用性好等优点。

Composite photocatalyst of graphite phase carbon nitride nanoscale modified by nitrogen heterozygosity and silver quantum dots and silver and its preparation and Application

The invention discloses a carbon nano composite photocatalyst and preparation method and application of nitrogen doped graphene quantum dots and silver modified graphite nitride, the composite photocatalyst comprises nitrogen doped graphene quantum dots, metallic silver and graphite carbon nitride nanosheets, the nitrogen doped graphene quantum dots and silver together attached on the surface of nanometer carbon nitride graphite composite sheet is formed. The preparation methods include graphite - phase carbon nitride nanocomposite and loaded silver monosometers loaded with the nitrogen heterozygous graphene quantum dots. The composite photocatalyst has the advantages of high photocatalytic activity, good photocatalytic stability and wide light response range, and has simple preparation process, simple operation and low cost. The composite photocatalyst of the invention can be used for treating antibiotic wastewater, and has the advantages of simple application method, low cost, high removal rate of antibiotics, stable photocatalytic performance and good reutilization.

【技术实现步骤摘要】
氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于功能复合光催化剂
，涉及一种石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂及其制备方法和应用，具体涉及一种氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，基于半导体材料的光催化技术由于其能彻底去除污染物，具有独特的优越性，得到了广泛的关注，并且由于材料技术的不断发展，促进了基于半导体材料光催化技术的发展，使得以半导体材料处理环境中无机或者有机污染物的光催化技术已经成为一种非常有前景的环境修复技术。尤其是可见光响应的半导体光催化材料的发展，更进一步促进半导体材料光催化技术在环境修复领域中的发展和应用。在可见光响应的催化剂方面，非金属的石墨相氮化碳引起了人们的广泛关注。但是，由于石墨相氮化碳的禁带宽度为2.7eV，使得其对可见光的吸收范围局限于460nm以内的光照，光响应范围小，无法充分的利用太阳光，不利于提高石墨相氮化碳材料对环境中污染物的催化降解效果。因此，如何获得一种光催化活性高、光催化稳定性好、光响应范围广的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂对于提高石墨相氮化碳对污染物的催化降解效果具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种光催化活性高、光催化稳定性好、光响应范围广的氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂，还提供了一种制备过程简单、操作简便、成本低的氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法以及该石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂在处理抗生素废水中的应用，具有应用方法简单、成本低、对抗生素去除率高、光催化性能稳定、可重复利用性好等优点。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂，包括氮杂化石墨烯量子点、银单质和石墨相氮化碳纳米片；所述氮杂化石墨烯量子点附着在所述石墨相氮化碳纳米片表面形成氮杂化石墨烯量子点负载的石墨相氮化碳纳米片复合材料；所述氮杂化石墨烯量子点负载的石墨相氮化碳纳米片复合材料上负载有银单质。上述的氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂中，优选的，所述氮杂化石墨烯量子点与所述石墨相氮化碳纳米片的质量比为0.1～1∶100；所述银单质与所述氮杂化石墨烯量子点负载的石墨相氮化碳纳米片复合材料的质量比为0.5～2.5∶100。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、将石墨相氮化碳纳米片、氮杂化石墨烯量子点与溶剂混合，超声分散，搅拌，得到混合液；S2、对所述步骤S1中得到的混合液进行加热，去除混合液中的溶剂，得到氮杂化石墨烯量子点负载的石墨相氮化碳纳米片复合材料；S3、将所述步骤S2中得到的氮杂化石墨烯量子点负载的石墨相氮化碳纳米片复合材料与含银离子的甲醇溶液混合进行光还原反应，得到氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂。上述的制备方法中，优选的，所述石墨相氮化碳纳米片的制备方法包括以下步骤：（1）将双氰胺升温至520℃～550℃焙烧2h～4h，得到块状石墨相氮化碳；（2）将所述步骤（1）中得到的块状石墨相氮化碳升温至500℃～520℃进行热处理1h～2h，得到石墨相氮化碳纳米片。上述的制备方法中，进一步优选的，所述石墨相氮化碳纳米片的制备方法中：步骤（1）中的升温速率为2.5℃～3.0℃/min；步骤（2）中的升温速率为5.0℃～8℃/min。上述的制备方法中，优选的，所述氮杂化石墨烯量子点的制备方法包括以下步骤：（a）将柠檬酸铵溶液在温度为180℃～200℃下进行冷凝回流，使溶液的颜色由无色变为橙黄色；（b）调节所述步骤（a）中所得溶液的pH值为中性（pH=7）；（c）对所述步骤（b）中所得溶液进行冷冻干燥，得到氮杂化石墨烯量子点。上述的制备方法中，进一步优选的，所述氮杂化石墨烯量子点的制备方法中，步骤（a）中所述柠檬酸铵溶液的浓度为40g/L～60g/L；和/或，所述氮杂化石墨烯量子点的制备方法中，步骤（b）中采用氢氧化钠溶液调节所述步骤（a）中所得溶液的pH值；所述氢氧化钠溶液的浓度为10g/L～20g/L。上述制备方法中，优选的，所述步骤S1中：所述混合液中所述石墨相氮化碳纳米片的浓度为2g/L～5g/L；所述混合液中所述氮杂化石墨烯量子点的浓度为10mg/L～20mg/L；所述溶剂为水、乙醇或丙酮；所述超声分散的时间为0.5h～2h；所述搅拌的转速为300rpm～500rpm；所述搅拌的时间为20h～24h；和/或，所述步骤S3中：所述氮杂化石墨烯量子点负载的石墨相氮化碳纳米片复合材料与所述含银离子的甲醇溶液的质量体积比为0.2g～0.4g∶20mL；所述含银离子的甲醇溶液是由银离子溶于甲醇和水中制备得到；所述含银离子的甲醇溶液中银离子的浓度为0.0011mol/L～0.0030mol/L；所述含银离子的甲醇溶液中甲醇与水的体积比为1∶4～6；所述光还原反应的时间为1h～2h。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂在处理抗生素废水中的应用。上述的应用中，优选的，包括以下步骤：将所述氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂与抗生素废水混合进行光催化反应，完成对废水中抗生素的处理。上述的应用中，优选的，所述氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂的添加量为每升所述抗生素废水中添加所述氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂0.2g～1.0g；和/或，所述抗生素废水中抗生素为盐酸四环素；所述抗生素废水中抗生素的初始浓度为10mg/L～20mg/L；和/或，所述光催化反应的光源为氙灯光源；和/或，所述光催化反应的时间为1h～2h。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：（1）本专利技术提供了一种氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂，包括氮杂化石墨烯量子点、银单质和石墨相氮化碳纳米片，其中氮杂化石墨烯量子点附着在石墨相氮化碳纳米片表面形成氮杂化石墨烯量子点负载的石墨相氮化碳纳米片复合材料，氮杂化石墨烯量子点负载的石墨相氮化碳纳米片复合材料上负载有银单质。本专利技术中，采用的石墨相氮化碳纳米片为片状，具有较大的接触面积和较多的反应位点，能够有效的负载氮杂化石墨烯量子点和银单质，使得接触更加紧密。本专利技术中，由于氮杂化石墨烯量子点拥有很宽的光响应范围，并且具有近红外响应的能力，将氮杂化石墨烯量子点附着在石墨相氮化碳纳米片表面，能够极大的促进石墨相氮化碳材料的光响应程度，从而有效的提高复合材料的可见光响应能力，同时氮杂化石墨烯量子点与石墨相氮化碳纳米片的紧密接触能够有效的促进光生电子和空穴的分离，提高材料光生电子的有效利用率，从而有效的提高复合材料的光催化活性和光催化稳定性。在此基础上，本专利技术中将银单质修饰在氮杂化石墨烯量子点负载的石墨相氮化碳纳米片复合材料表面，由于银单质在可见光的照射下能够产生等离子体共振效应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂，其特征在于，包括氮杂化石墨烯量子点、银单质和石墨相氮化碳纳米片；所述氮杂化石墨烯量子点附着在所述石墨相氮化碳纳米片表面形成氮杂化石墨烯量子点负载的石墨相氮化碳纳米片复合材料；所述氮杂化石墨烯量子点负载的石墨相氮化碳纳米片复合材料上负载有银单质。

【技术特征摘要】
1.一种氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂，其特征在于，包括氮杂化石墨烯量子点、银单质和石墨相氮化碳纳米片；所述氮杂化石墨烯量子点附着在所述石墨相氮化碳纳米片表面形成氮杂化石墨烯量子点负载的石墨相氮化碳纳米片复合材料；所述氮杂化石墨烯量子点负载的石墨相氮化碳纳米片复合材料上负载有银单质。2.根据权利要求1所述的氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂，其特征在于，所述氮杂化石墨烯量子点与所述石墨相氮化碳纳米片的质量比为0.1～1∶100；所述银单质与所述氮杂化石墨烯量子点负载的石墨相氮化碳纳米片复合材料的质量比为0.5～2.5∶100。3.一种如权利要求1或2所述的氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将石墨相氮化碳纳米片、氮杂化石墨烯量子点与溶剂混合，超声分散，搅拌，得到混合液；S2、对所述步骤S1中得到的混合液进行加热，去除混合液中的溶剂，得到氮杂化石墨烯量子点负载的石墨相氮化碳纳米片复合材料；S3、将所述步骤S2中得到的氮杂化石墨烯量子点负载的石墨相氮化碳纳米片复合材料与含银离子的甲醇溶液混合进行光还原反应，得到氮杂化石墨烯量子点和银共同修饰的石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述石墨相氮化碳纳米片的制备方法包括以下步骤：（1）将双氰胺升温至520℃～550℃焙烧2h～4h，得到块状石墨相氮化碳；（2）将所述步骤（1）中得到的块状石墨相氮化碳升温至500℃～520℃进行热处理1h～2h，得到石墨相氮化碳纳米片。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氮杂化石墨烯量子点的制备方法包括以下步骤：（a）将柠檬酸铵溶液在温度为180℃～200℃下进行冷凝回流，使溶液的颜色由无色变为橙黄色；（b）调节所述步骤（a）中所得溶液的pH值为中性；（c）对所述步骤（b）中所得溶液进行冷冻干燥，得到氮杂化石墨烯量子点。6.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤琳，邓垚成，王佳佳，曾光明，冯程洋，王敬敬，刘雅妮，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43