[发明专利]g‑C3N4/氧化石墨烯/纳米铁可见光响应催化膜

说明书

技术领域

本发明属于环境及材料领域，具体涉及一种g-C₃N₄/氧化石墨烯/纳米铁复合可见光响应催化膜及其制备方法。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的碳质新材料，是一种性能极佳的增强材料，具有极高的力学强度、热导率和电导率。界面组装法利用氧化石墨烯所在的界面处的物理化学性质，使氧化石墨烯在界面处自发地排列结合，再经过还原后得到石墨烯薄膜，该方法可通过调节组装材料种类、浓度和组装次数可制备出结构和功能自由控制的石墨烯薄膜，所制备的石墨烯薄膜能够很好地控制石墨烯的取向，适合被应用于导电材料。

类石墨相氮化碳（g-C₃N₄）具有典型的半导体特性，具有无毒、机械性能强、热稳定性好、耐酸碱腐蚀性、氧化能力强和电子迁移速率高等优点。相比于过渡金属催化剂，g-C₃N₄作为新的不含金属的可见光催化剂，有适宜的带隙，能吸收可见光，可以被应用于光催化降解污染物的领域。

纳米铁，铁是活泼金属，电极电位为0.440V，具有还原能力，氧化时释放电子，能够去除多种污染物。纳米铁是指粒径在1-100nm范围内的Fe⁰颗粒，具有特殊晶体形状和点阵排列等微观结构，由于其颗粒尺度小，比表面积急剧增加，具有较大的表面活性，从而产生特殊的物理化学性质，可以更加有效地去除水体污染物。

以g-C₃N_4-/氧化石墨烯复合膜负载纳米铁，石墨烯薄膜可为g-C₃N₄产生的光生电子提供了传输的介质，提高g-C₃N₄的催化效率，大大方便了水污染处理材料的回收使用。负载纳米铁，有利于纳米铁的分散，保持其还原活性，进而将污水中的重金属离子还原并发生沉积，而负载纳米铁有利于半导体光催化剂g-C₃N₄表面的电子-空穴的分离，提高其光催化分解有机物的能力。而g-C₃N₄在光照条件下，能够氧化分解有机污染物，所产生的自由电子还能够促进纳米铁对重金属离子的还原作用，使其能够被重复利用。该方法可见光响应光催化膜，实现了对重金属离子和有机污染物的有效兼顾处理，其制备工艺简单，水处理效率高，可被循环使用，环境效益显著，适于被大规模推广生产。

本发明所需要的制备方法简单且不涉及复杂设备，在污水处理领域具有巨大的应用潜力，环境和经济效益著。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种g-C₃N₄/氧化石墨烯/纳米铁复合可见光响应催化膜及其制备方法。本发明所制得的g-C₃N₄/氧化石墨烯/纳米铁复合可见光响应催化膜其在保持纳米铁的分散性和对重金属离子还原活性的同时，为g-C₃N₄产生的光生电子提供了传输的介质，提高了g-C₃N₄的催化效率，能够在可见光条件下，兼顾处理水中的重金属离子和有机污染物，其制备工艺简单，处理效率高，可循环利用，应用潜力巨大，具有良好的经济效益和环境效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种g-C₃N₄/氧化石墨烯/纳米铁复合可见光响应催化膜，所述的催化膜中g-C₃N₄/氧化石墨烯复合物、纳米铁的质量比为100:0.5~1；所述的g-C₃N₄/氧化石墨烯复合物中，g-C₃N₄和氧化石墨烯的质量比为20~35:100。