一種氮化碳蒙脫土復(fù)合光催化劑載體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種氮化碳蒙脫土復(fù)合光催化劑載體的制備方法，屬于催化劑載體制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，全球面臨著能源短缺和環(huán)境惡化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，解決這兩大問題是我國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、提高人民生活質(zhì)量和保障國(guó)家安全的迫切需要。光催化材料具有光分解水之氫和光降解污染物兩大功能，利用光催化材料既可將密度低的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成為可儲(chǔ)存的高密度的氫能，也可充分利用太陽(yáng)能降解和礦化環(huán)境中的污染物，因此在解決能源和環(huán)境問題方面光催化材料有著重要的應(yīng)用前景。然而以二氧化鈦為代表的傳統(tǒng)光催化材料只能利用短波長(zhǎng)的紫外光，太陽(yáng)光利用率低，因此應(yīng)用受到極大限制，為了擴(kuò)大和促進(jìn)光催化材料在清潔能源產(chǎn)生與環(huán)境凈化方面的應(yīng)用，亟待發(fā)展新一代光催化材料。
[0003]氮化碳催化劑載體具有原料價(jià)廉易得、合成方法簡(jiǎn)單、帶隙寬度適中、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好、無毒等優(yōu)點(diǎn)，是一種極具潛力的可見光催化材料，不過由于其比小面積小，光生電子和空穴復(fù)合率較高，導(dǎo)致體相的可見光催化活性較低。
[0004]為了增強(qiáng)氮化碳催化劑載體的光催化活性，通常采用多種方法對(duì)其進(jìn)行改性，常用的改性方法有金屬沉積、無機(jī)摻雜、金屬負(fù)載、與其它半導(dǎo)體復(fù)合等，其中半導(dǎo)體復(fù)合是一種常見的改性方法，就是利用兩種半導(dǎo)體性質(zhì)差異的互補(bǔ)性，來抑制光生載流子的復(fù)合，提高空穴的存在時(shí)間和加速內(nèi)表面的電荷轉(zhuǎn)移速率，從而提高光催化效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對(duì)目前傳統(tǒng)的氮化碳催化劑載體雖然原料價(jià)廉易得、合成方法簡(jiǎn)單、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好、無毒無害，但是由于其比表面積小、光生電子和空穴復(fù)合率較高，導(dǎo)致可見光催化活性較低的現(xiàn)狀，提供了一種通過尿素煅燒制備多孔氮化碳，再制得蒙脫土基硫化鋅納米粒，復(fù)配改性后煅燒，從而得到氮化碳蒙脫土復(fù)合光催化劑載體的制備方法。該方法操作簡(jiǎn)單易行，無需特殊設(shè)備，利用蒙脫土基硫化鋅納米粒對(duì)蒙脫土進(jìn)行改性，來抑制光生載流子的復(fù)合，提高了空穴的存在時(shí)間和加速內(nèi)表面的電荷轉(zhuǎn)移速率，從而提高光催化的效率，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(1)稱取100?200g尿素放入瑪瑙研缽中，研磨20?30min后過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，將得到的尿素粉末放入氧化鋁坩禍中密封并移入管式爐，以20?25°C/min的速率程序升溫至500?600°(:，保溫煅燒2?311;
(2)煅燒結(jié)束后，待管式爐自然冷卻至室溫，取出坩禍?zhǔn)占玫降挤勰?，移入超聲清洗儀中，以25?35KHz頻率、200?300W功率超聲洗滌50?60min后過濾得到洗滌后的氮化碳粉末，放入烘箱，在105?110°C下干燥I?2h，即得多孔氮化碳粉末，備用；
(3)稱取I?2kg蒙脫土裝入球磨罐中，加入20?30顆粒徑為2?3cm的氧化錯(cuò)球磨珠，設(shè)置主盤轉(zhuǎn)速為80?100r/min，球磨20?30min，球磨結(jié)束后過100目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到蒙脫土粉末；
(4)將上述得到的蒙脫土粉末和蒸餾水按體積比為1:5混合后放入超聲分散儀中，在75?85°C的溫度下超聲分散20?30min制得蒙脫土懸浮液，再量取100?200mL蒙脫土懸浮液裝入IL帶有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中，向燒瓶中加入5?1mL濃度為0.0lmol/L的硝酸銀和15?20mL濃度為0.5mo I /L的乙酸銨溶液，啟動(dòng)攪拌器充分?jǐn)嚢鐸?2h;
(5)攪拌結(jié)束后，再向燒瓶中加入10?15mL濃度為0.0lmol/L的硫脲，繼續(xù)攪拌I?2h后密封三口燒瓶，并將燒瓶移入油浴鍋中，加熱至160?170°C，保溫反應(yīng)10?12h，過濾得到濾渣，放入烘箱在105?110°C下干燥2?3h，得蒙脫土基硫化鋅納米粒；
(6)稱取100?120g備用的多孔氮化碳粉末倒入I?2L去離子水中，將得到的混合液移入漩渦振蕩儀中，以20?30W的功率進(jìn)行旋渦振蕩，再將200?300mL固液比為1:10的蒙脫土基硫化鋅納米粒懸浮液逐滴滴加進(jìn)振蕩中的多孔氮化碳混合液中，繼續(xù)振蕩12?14h;
(7)振蕩結(jié)束后過濾得到濾渣，將濾渣放入恒溫箱中，升溫至200?250°C保溫處理10?12h后移入馬弗爐，在200?300°C下煅燒I?2h，待其自然冷卻至室溫后取出，即得氮化碳蒙脫土復(fù)合光催化劑載體。
[0007]本發(fā)明的應(yīng)用方法是:將本發(fā)明制得的氮化碳蒙脫土復(fù)合光催化劑載體和納米二氧化鈦進(jìn)行復(fù)配，制成光催化劑，隨后取10?12mg制得的光催化劑放入100?150mL濃度為10mg/L的亞甲基藍(lán)模擬污染溶液中，在避光條件下攪拌30?35min，使得反應(yīng)體系達(dá)到固-液吸附平衡，隨后開啟反應(yīng)光源，間隔5?Smin，取3?5mL反應(yīng)溶液離心上清液，用紫外可見分光光度計(jì)在波長(zhǎng)663?665nm處測(cè)定亞甲基藍(lán)污染溶液的吸光度，發(fā)現(xiàn)與普通氮化碳載體制備的光催化效率相比，本發(fā)明制得的光催化劑的可見光催化效率是普通光催化劑催化效率的I?2倍。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明操作簡(jiǎn)單易行，原料簡(jiǎn)單易得，且在操作過程中無需特殊設(shè)備；
(2)本發(fā)明利用蒙脫土基硫化鋅納米粒對(duì)蒙脫土進(jìn)行改性，來抑制光生載流子的復(fù)合，提高了空穴的存在時(shí)間和加速內(nèi)表面的電荷轉(zhuǎn)移速率，從而提高光催化的效率，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0009]首先稱取100?200g尿素放入瑪瑙研缽中，研磨20?30min后過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，將得到的尿素粉末放入氧化鋁坩禍中密封并移入管式爐，以20?25°C/min的速率程序升溫至500?6000C，保溫煅燒2?3h;煅燒結(jié)束后，待管式爐自然冷卻至室溫，取出坩禍?zhǔn)占玫降挤勰?，移入超聲清洗儀中，以25?35kHz頻率、200?300W功率超聲洗滌50?60min后過濾得到洗滌后的氮化碳粉末，放入烘箱，在105?110°C下干燥I?2h，即得多孔氮化碳粉末，備用；隨后稱取I?2kg蒙脫土裝入球磨罐中，加入20?30顆粒徑為2?3cm的氧化鋯球磨珠，設(shè)置主盤轉(zhuǎn)速為80?100r/min，球磨20?30min，球磨結(jié)束后過100目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到蒙脫土粉末;接下來將上述得到的蒙脫土粉末和蒸餾水按體積比為1:5混合后放入超聲分散儀中，在75?85 °C的溫度下超聲分散20?30min制得蒙脫土懸浮液，再量取100?200mL蒙脫土懸浮液裝入IL帶有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中，向燒瓶中加入5?I OmL濃度為0.0 Imo I/L的硝酸銀和15?20mL濃度為0.5mol/L的乙酸銨溶液，啟動(dòng)攪拌器充分?jǐn)嚢鐸?2h;攪拌結(jié)束后，再向燒瓶中加入10?15mL濃度為0.0lmol/L的硫脲，繼續(xù)攪拌I?2h后密封三口燒瓶，并將燒瓶移入油浴鍋中，加熱至160?170°C，保溫反應(yīng)10?12h，過濾得到濾渣，放入烘箱在105?110°C下干燥2?3h，得蒙脫土基硫化鋅納米粒;再稱取100?120g備用的多孔氮化碳粉末倒入I?2L去離子水中，將得到的混合液移入漩渦振蕩儀中，以20?30W的功率進(jìn)行旋渦振蕩，再將200?300mL固液比為1:10的蒙脫土基硫化鋅納米粒懸浮液逐滴滴加進(jìn)振蕩中的多孔氮化碳混合液中，繼續(xù)振蕩12?14h;最后振蕩結(jié)束后過濾得到濾渣，將濾渣放入恒溫箱中，升溫至200?250 °C保溫處理10?12h后移入馬弗爐，在200?300 °C下煅燒I?2h，待其自然冷卻至室溫后取出，即得氮化碳蒙脫土復(fù)合光催化劑載體。
[0010]實(shí)例I
首先稱取10g尿素放入瑪瑙研缽中，研磨20min后過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，將得到的尿素粉末放入氧化鋁坩禍中密封并移入管式爐，以20°C/min的速率程序升溫至500°C，保溫煅燒2h;煅燒結(jié)束后，待管式爐自然冷卻至室溫，取出坩禍?zhǔn)占玫降挤勰迫氤暻逑磧x中，以25kHz頻率、200W功率超聲洗滌50min后過濾得到洗滌后的氮化碳粉末，放入烘箱，在105°C下干燥lh，即得多孔氮化碳粉末，備用；隨后稱取Ikg蒙脫土裝入球磨罐中，加入20顆粒徑為2cm的氧化錯(cuò)球磨珠，設(shè)置主盤轉(zhuǎn)速為80r/min，球磨20min，球磨結(jié)束后過100目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到蒙脫土粉末;接下來將上述得到的蒙脫土粉末和蒸餾水按體積比為1:5混合后放入超聲分散儀中，在75°C的溫度下超聲分散20min制得蒙脫土懸浮液，再量取10mL蒙脫土懸浮液裝入IL帶有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中，向燒瓶中加入5mL濃度為0.0lmol/L的硝酸銀和15mL濃度為0.5mo I /L的乙酸銨溶液，啟動(dòng)攪拌器充分?jǐn)嚢鐸h;攪拌結(jié)束后，再向燒瓶中加入1mL濃度為0.0lmol/L的硫脲，繼續(xù)攪拌Ih后密封三口燒瓶，并將燒瓶移入油浴鍋中，加熱至160°C，保溫反應(yīng)10h，過濾得到濾渣，放入烘箱在105°C下干燥2h，得蒙脫土基硫化鋅納米粒;再稱取10g備用的多孔氮化碳粉末倒