[发明专利]一种银改性氮化碳复合光催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

     本发明涉及一种银改性氮化碳复合光催化材料及其制备方法，特别是指一种用水溶液中离子交换法制备银/氮化碳复合光催化材料的方法，属于复合材料、光催化技术和水污染治理领域。

背景技术

    随着工业的发展，人类本已有限的水资源受到日益严重的污染，清除水体中的有毒有害化学物质如农药、有机染料等成为环保领域的重要工作；但目前水污染的处理方法大多是针对排放量大、浓度较高的污染物，对于水体中浓度低、难以转化的优先污染物的净化还无能为力，而80年代发展起来的光催化降解技术却为这一问题的解决提供了良好的途径。

近年来石墨相氮化碳g-C₃N₄由于其优异的化学稳定性、特殊的电子能带结构、不含金属组分、对可见光响应等特点引起研究人员的极大兴趣；但由于聚合物的本征特性，氮化碳作为光催化材料存在比表面积小、产生光生载流子的结合能高、光生电子-空穴复合严重、量子效率低、禁带宽度较大等不足，严重制约其在能源和环境领域的大规模推广应用。

通常在半导体光催化材料中掺杂少量的金属元素，可以改变材料的电子结构，特别是半导体能带结构，并在一定程度上优化光吸收能力，促进光生电子-空穴对的分离，提高其光催化活性。由于g-C₃N₄为聚合物材料，具有很高的激子结合能和较低结晶度，不利于光生电子-空穴对的快速迁移和高效分离，从而导致其光催化过程量子效率偏低，不利于g-C₃N₄光催化剂的推广应用；将g-C₃N₄与其他材料进行复合，形成异质结构，在光催化反应过程中，二者同时吸收太阳光，产生光生载流子，并且在内建电场的帮助下，光生电子和空穴反向迁移，显著抑制光生载流子的复合，提高其光催化效率。

目前，以二氰二胺、硝酸银为原料，通过水溶液中离子交换法快速制备银/氮化碳复合光催化材料，并将其应用于光催化降解有机污染物未见报道。

主要光催化原理为当大于复合材料禁带宽度的光子照射到光催化剂上时，产生电子跃迁, 价带电子被激发到导带，形成空穴一电子对, 并与吸附在其表面的H₂O和O₂作用, 形成活性很强的自由基和超氧离子等活性氧；它们与水及氧反应的产物是过氧离子(O^2-)及反应活性很高的氢氧基(·OOH 或·OH)；由于生成的自由基具有很强的氧化能力，其中·OH 自由基具有402.8 MJ/mol 反应能，可以破坏有机物的C-C、C-H、C-N、C-O、N-H等键，对光催化氧化起决定作用，因而具有降解有机物的能力;降解的有机污染物废水主要有印染废水、农药废水、含油废水、氯代有机废水、含有表面活性剂的废水、制药废水等;此外，生成的活性自由基还可以降解部分无机有害污染物，同时O^2-具有很强的还原性，可以还原污水中的有毒重金属离子，生成金属单质、低毒价态金属离子，实现重金属离子的去除。

发明内容

    本发明的目的在于提供一种成本低廉、制备简单、绿色环保的银/氮化碳复合光催化材料的制备方法及其应用，克服现有功能材料成本高、净化效果差的缺陷，为低成本、高性能的环境净化材料的发展和应用奠定技术基础。

    实现本发明所采用的技术方案为：一种氮化碳/银复合光催化材料，通过水溶液中离子交换法制得，其特征在于，制备步骤如下：

    (1) 将二氰二胺或三聚氰胺溶于去离子水或二甲基亚砜（DMSO）中超声分散，得到二氰二胺或三聚氰胺分散液。

    (2) 将硝酸银溶于去离子水中，搅拌均匀，得到硝酸银溶液；将硝酸银溶液在磁力搅拌条件下缓慢滴加到上述二氰二胺或三聚氰胺分散液中，溶液继续搅拌，得到混合前驱体溶液。

    (3) 将所得混合前驱体溶液用无水乙醇和去离子水反复洗涤多次后真空干燥。

(4) 将得到的产物装入合适的坩埚盖好后放到高温气氛炉中，在氮气保护的条件下烧结一段时间，得到粉末状样品。

步骤（1）中超声分散的时间为30min。

步骤（2）中搅拌的时间为10min，继续搅拌的时间为6h。

所述二氰二胺或三聚氰胺与硝酸银的摩尔比为1:1-1:2。

所述步骤（4）中的产物在高温气氛炉内，通过4小时从室温匀速上升到550度，保温烧结4h后，自然冷却到室温。