六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结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六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂及其制备方法和应用，该催化剂是以三聚氰胺和三聚氰酸为原料制成花环状石墨型氮化碳前体，进而与六方氮化硼混合、煅烧后制得。本发明专利技术制得的复合光催化剂具有比表面积大、孔洞结构丰富、带隙窄、吸光能力强、光生载流子分离迁移能力强、催化活性高等优点，是一种结构新颖且性能优异的新型光催化剂，可广泛用于处理有机污染物废水以及合成过氧化氢，且能够实现对有机污染物的高效降解，以及能够显著提高过氧化氢的产量，能够满足实际需求，在光催化领域具有广阔的前景。同时，本发明专利技术制备方法还具有操作简单、成本低廉等优点，适合于大规模制备，利于工业化应用。利于工业化应用。利于工业化应用。

【技术实现步骤摘要】
六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于可见光催化领域，涉及一种六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]环境污染和能源危机已成为现代社会实现可持续发展的两个绊脚石，其中，有机污染物(如抗生素、染料)的污染越来越严重，严重威胁着水中动植物，甚至人类的健康。以抗生素为例，虽然研究者采取了多种方法治理抗生素废水，但是，常规化学吸附方法、物理方法和生物方法对抗生素废水的处理效果均不理想。为了解决废水抗生素污染等问题，研究者提出了一种新途径，即利用光催化剂在太阳光照射下发生催化反应的光催化技术。该光催化技术由于利用的能源是太阳光，在净化过程不会产生二次污染，价格低廉，易于大规模利用，所以被认为是一种在环境治理领域有着重要应用前景的绿色技术。光催化技术中，半导体光催化剂能够在光的照射下激发产生光生电子和空穴，在半导体表面发生氧化还原反应，从而实现有机污染物的分解，实现光能的利用和转化。然而，传统的半导体光催化剂如TiO2和ZnO，由于其本身的宽的禁带较宽，使得此类光催化剂只能吸收紫外光而不能很好的利用太阳光。
[0003]在众多新型半导体催化剂中，石墨型氮化碳(g
‑
C3N4)作为一种共轭聚合物半导体，最近引起了相当大的关注，因为它具有良好的物理化学稳定性，具有吸引力的电子结构和适当的带隙，即2.7eV，在催化和能源方面具有良好的应用前景。然而，单体g
‑
C3N4也存在着不可忽视的缺点，比如比表面积较小、光生载流子的复合速率快、量子效率低和较弱的利用太阳能的能力等。针对上述单体g
‑
C3N4中存在的不足之处，有研究者提出了通过形貌调控、元素掺杂、结构设计以及构建异质结等手段，以提升g
‑
C3N4的光催化活性。但是，现有石墨型氮化碳基异质结复合催化剂仍然存在比表面积小、活性位点数量少、光生载流子的复合速率快、催化活性差等不足，其结果是这些石墨型氮化碳基异质结复合催化剂处理有机污染物时仍然难以快速、彻底的去除废水中的有机污染物，这极大的限制了光催化技术在降解有机污染物中的应用。因此，获得一种比表面积大、孔洞结构丰富、带隙窄、吸光能力强、光生载流子分离迁移能力强、催化活性高的六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂，对于高效降解降解废水中的有机污染物以及提高过氧化氢的产量具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种填比表面积大、孔洞结构丰富、带隙窄、吸光能力强、光生载流子分离迁移能力强、催化活性高的六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂及其制备方法和应用。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案。
[0006]一种六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将三聚氰胺溶液和三聚氰酸溶液混合，搅拌，得到花环状石墨型氮化碳前体；所述三聚氰胺溶液由三聚氰胺、草酸溶解到二甲基亚砜中制得；所述三聚氰酸溶液由三聚氰酸溶解在二甲基亚砜中制得；
[0008](2)将步骤(1)中得到的花环状石墨型氮化碳前体与六方氮化硼混合进行煅烧，得到六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂。
[0009]上述的制备方法，进一步改进的，步骤(2)中，所述花环状石墨型氮化碳前体与六方氮化硼的质量比为1000∶1～10。
[0010]上述的制备方法，进一步改进的，步骤(1)中，所述三聚氰胺溶液中三聚氰胺、草酸和二甲基亚砜的比例为0.5g∶0.05g～0.2g∶10mL；所述三聚氰酸溶液中三聚氰酸和二甲基亚砜的比例为0.5g～0.6g∶10mL；所述搅拌的时间为30min～60min。
[0011]上述的制备方法，进一步改进的，步骤(2)中，所述六方氮化硼由以下方法制备得到：将硼酸、尿素溶水中，加热，蒸发，得到六方氮化硼前驱体；按照升温速率为3℃/min～6℃/min，将六方氮化硼前驱体加热升温至850℃～950℃，保温4h～6h，得到六方氮化硼；所述煅烧过程中的升温速率为2℃/min～4℃/min；所述煅烧的温度为450℃～600℃；所述煅烧的时间为3h～5h。
[0012]作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂，由上述的制备方法制得，同时所述六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂包括花环状石墨型氮化碳和六方氮化硼，所述六方氮化硼负载在花环状石墨型氮化碳表面。
[0013]上述的六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂，进一步改进的，所述花环状石墨型氮化碳和六方氮化硼的质量比为100～10∶1。
[0014]作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂在处理有机污染物废水或合成过氧化氢中的应用。
[0015]上述的应用，进一步改进的，所述六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂用于处理有机污染物废水时，包括以下步骤：将六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂与有机污染物废水混合，搅拌，进行光催化反应，完成对水体中有机污染物的降解；所述六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂的添加量为每升有机污染物废水中添加六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂0.2g～1g。
[0016]上述的应用，进一步改进的，述六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂用于处理有机污染物废水时，所述有机污染物废水中有机污染物为抗生素和或染料；所述抗生素为盐酸金霉素、土霉素和四环素中的至少一种；所述染料为罗丹明B；所述有机污染物废水中有机污染物的初始浓度≤20mg/L；所述搅拌的时间为50min～60min，所述光催化反应的时间≥40min。
[0017]上述的应用，进一步改进的，所述六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂用于合成过氧化氢时，包括以下步骤：将六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂与异丙醇溶液混合，搅拌，进行光催化反应，得到过氧化氢。
[0018]上述的应用，进一步改进的，所述六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光
催化剂用于合成过氧化氢时，所述六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂与异丙醇溶液的比例为1mg～5mg∶1mL；所述异丙醇溶液的体积浓度为8％～15％；所述搅拌的时间为50min～60min，所述光催化反应的时间≥60min。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0020](1)针对石墨型氮化碳基异质结复合催化剂存在的比表面积小、活性位点数量少、光生载流子的复合速率快、催化活性差等缺陷，本专利技术创造性的提出了一种六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂的制备方法，以三聚氰胺和三聚氰酸为原料，先制成花环状石墨型氮化碳前体，进而将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将三聚氰胺溶液和三聚氰酸溶液混合，搅拌，得到花环状石墨型氮化碳前体；所述三聚氰胺溶液由三聚氰胺、草酸溶解到二甲基亚砜中制得；所述三聚氰酸溶液由三聚氰酸溶解在二甲基亚砜中制得；(2)将步骤(1)中得到的花环状石墨型氮化碳前体与六方氮化硼混合进行煅烧，得到六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述花环状石墨型氮化碳前体与六方氮化硼的质量比为1000∶1～10。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述三聚氰胺溶液中三聚氰胺、草酸和二甲基亚砜的比例为0.5g∶0.05g～0.2g∶10mL；所述三聚氰酸溶液中三聚氰酸和二甲基亚砜的比例为0.5g～0.6g∶10mL；所述搅拌的时间为30min～60min；步骤(2)中，所述六方氮化硼由以下方法制备得到：将硼酸、尿素溶水中，加热，蒸发，得到六方氮化硼前驱体；按照升温速率为3℃/min～6℃/min，将六方氮化硼前驱体加热升温至850℃～950℃，保温4h～6h，得到六方氮化硼；所述煅烧过程中的升温速率为2℃/min～4℃/min；所述煅烧的温度为450℃～600℃；所述煅烧的时间为3h～5h。4.一种六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂，其特征在于，所述六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂包括花环状石墨型氮化碳和六方氮化硼，所述六方氮化硼负载在花环状石墨型氮化碳表面。5.根据权利要求4所述的六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂，其特征在于，所述六方氮化硼/花环状石墨型氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪文军，郭海，张辰，孙李珍，苏长青，
申请(专利权)人：湖南工商大学，
类型：发明
国别省市：