[发明专利]一种光催化剂CNU‑BA的制备及其应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料领域，涉及一种治理染料废水污染的复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

g-C₃N₄以其光催化活性较高、稳定性好、原料价格便宜、尤其是不含金属这一突出优点，使它成为一种新型的光催化材料，然而，单一相催化剂通常因量子效率低而使其光催化性能表现不够理想。因g-C₃N₄材料光生电子-空穴复合率较高，导致其催化效率较低，从而限制了它在光催化方面的应用。

为了提高g-C₃N₄的催化活性，最近几年来，人们研究了很多改性方法。对g-C₃N₄进行改性的非金属元素包括S、N、C、B、F、P等，一般认为这些非金属元素取代了3-s-三嗪结构单元中的C、N、H元素，从而形成g-C₃N₄晶格缺陷使得光生电子-空穴对得到有效分离，有效提高其光催化性能。

Zhang等将双氰胺与BmimPF6(离子液体)混合，经过高温煅烧后得到P掺杂g-C₃N₄催化剂，经XPS分析表明P元素取代了结构单元中C，少量P掺杂虽然不能改变g-C₃N₄的结构，但是，其明显改变了g-C₃N₄的电子结构，光生电流也明显高于没掺杂g-C₃N₄。

Yan等采用加热分解三聚氰胺与氧化硼的混合物制备了B掺杂g-C₃N₄，经过XPS光谱分析表明B取代了g-C₃N₄结构中的H，光催化降解染料研究表明B掺杂同时提高了催化剂对光的吸收，因此，罗丹明B光催化降解效率也得到提高。

Liu等将g-C₃N₄在H₂S气氛里于450℃煅烧制备了具有独特电子结构S元素掺杂g-C₃N₄的CNS催化剂，XPS分析显示S取代了g-C₃N₄结构中N。当λ＞300及420nm时S掺杂g-C₃N₄光催化分解水产氢催化效率分别比单一g-C₃N₄提高7.2和8.0倍。

Wang等报道了B、F掺杂g-C₃N₄研究，他们用NH₄F作为F源与DCDA制得F元素掺杂g-C₃N₄催化剂(CNF)。其研究结果表明F元素已掺入g-C₃N₄的骨架中，形成了C-F键，使其中一部分sp²C转化为sp³C，从而导致g-C₃N₄平面结构不规整。另外，随着F元素掺杂数量增多，CNF在可见光区域内的吸收范围也随之扩大，而其对应的带隙能由2.69eV降到2.63eV。后来，他们又用BH₃NH₃作为硼源制备B元素掺杂的g-C₃N₄催化剂(CNB)，对其表征发现B元素掺入取代了g-C₃N₄结构单元中的C元素。

Lin等采用四苯硼钠作为B源，在掺入B的同时，又因苯离去基团的作用使得g-C₃N₄形成薄层结构，其层的厚度为2～5nm，降低了光生电子到达催化剂表面所需要消耗的能量，因此提高光催化效率。

然而，上述制备方法不仅操作复杂，原料成本高，而且，制得的改性催化剂其光催化效率增加程度有限，不能满足工业要求。

因此，亟需开发一种具有高催化效率，且制备方法简单，使用简便的光催化剂。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：利用浸渍与焙烧的方法将不同质量的有机弱酸与含氮有机物反应合成的光催化剂CNU-BA，其在可见光照射下，对甲基橙和亚甲基蓝具有较好的催化降解效果，降解效率分别达81.06％、89.02％，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：