[发明专利]一种基于石墨相氮化碳磁性复合光催化材料的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于一种基于石墨相氮化碳磁性复合光催化材料的制备方法及其在去除废水中染料分子等有机污染物的应用。

背景技术

石墨相氮化碳材料是近年来得到迅速发展的一类新型光催化材料，这类材料是一种聚合的碳氮化合物。与传统的二氧化钛，氧化锌等无机半导体材料相比，这种材料具有结构稳定、性质独特、合成方法简单、合成条件温和等特点。同时，该类材料在染料降解、光解水制氢和新型传感器等诸多领域都具有广阔的应用前景。重要的是此类材料可以在太阳光下进行降解染料的反应，与大多数氧化物只能在紫外光条件下发生光降解反应相比优势明显，再加上耐强酸强碱的稳定性，大大提高了其工业应用价值。关于这类材料的合成已有较多的文献报道，如Wang X.C.等人在Natural Materials2009年第8卷第76-80页；以及Du A.J.等人在Journal of the American Chemical Society2012年第134卷第4393-4397页所发表的论文。

对于石墨相氮化碳材料的应用研究主要集中于染料降解、光解水制氢和新型传感器等方面。虽然石墨相氮化碳材料对于废水中某些有机污染物(如有机染料分子、苯酚等)具有优良的降解能力，但其较低的量子效率限制了它的实际应用，这是由于光生电荷载流体的快速重组所致。因此，为了解决这个问题，人们做出了很多努力以提高石墨相氮化碳材料的光催化活性，例如通过金属或者非金属的掺杂、设计多孔石墨相氮化碳材料以与其他光催化剂复合等等。但是在实际工业应用时，想要从大量的反应溶剂中将光催化材料回收，通常采用离心和过滤的方法进行，设备投入大，运行成本高。

发明内容

本发明的目的是一种基于石墨相氮化碳磁性复合光催化材料的制备方法及在光降解去除废水中有机污染物中的应用。通过简单的加热煅烧方法，使得石墨相氮化碳材料与磁性颗粒复合，不但可以提高光催化材料对可见光的吸收能力和可见光条件下的光催化活性，而且使石墨相氮化碳光催化材料具有优异的磁回收性能，从而显著提升了其在工业应用领域的价值。本发明所述的石墨相氮化碳磁性复合光催化材料可以应用于废水中有机染料分子等有机污染物的光催化降解去除。

本发明的技术方案如下：

一种基于石墨相氮化碳磁性复合光催化材料的合成方法，其特征在于：以金属盐与三聚氰胺作为前驱体，经过煅烧制备一种具有磁分离性能的石墨相氮化碳磁性复合光催化材料，且磁性粒子嵌入了石墨相氮化碳材料中从而形成一种基于石墨相氮化碳的磁性复合光催化材料。

本发明所述的基于石墨相氮化碳磁性复合光催化材料的合成方法，其特征在于：所述的金属盐前驱体包括三氯化铁、硝酸铁、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵等。所述的基于石墨相氮化碳磁性复合光催化材料的磁性强度可以通过金属盐前躯体的添加量进行调节。

本发明所述的基于石墨相氮化碳磁性复合光催化材料的合成方法，其特征在于：通过简单的热处理方法，使石墨相氮化碳材料与磁性材料复合，制备磁性可回收的磁性复合光催化材料。

本发明所述的基于石墨相氮化碳磁性复合光催化材料的应用，其特征在于：降解废水中的有机染料和有机小分子等有机污染物，并可以通过外加磁场对光催化剂进行回收并加以循环利用。

本发明所述的基于石墨相氮化碳磁性复合光催化材料的应用，其特征在于：磁性颗粒的加入不仅使石墨相氮化碳光催化材料具备了磁性回收性能，同时增加了石墨相氮化碳光催化材料在可见光条件下的催化活性。

根据本发明的一个优选实施方案，磁性改性过程中所使用的前驱体反应物金属盐与三聚氰胺的质量比优选为1∶40至1∶200，更优选为1∶160。

根据本发明的一个优选实施方案，将一定配比的金属盐前躯体和三聚氰胺在超声辅助下分散于少量乙醇中，并于80度烘干，然后装入小坩埚中于马弗炉里500℃煅烧2小时后再于520℃煅烧2小时，将产物置于乙醇中洗涤至少1次。含有产物的混合物通过目前工业生产中常用的方式，把产物分离出来，例如固液分离、离心、过滤、磁分离。在洗涤后，将得到的产品进行直接干燥或真空条件下干燥。

本发明涉及如上所述的方法，其中所述的干燥可以是自然干燥，也可以是烘干干燥，或在真空条件下不加温或加温干燥，干燥温度原则上不高于所制备材料的分解温度。