[发明专利]一种功能化三元复合光催化材料及其制备方法与用途

说明书

本发明涉及一种功能化三元复合光催化材料及其制备方法与应用，首先制备出氮化碳，再制备氧化石墨烯和铁酸铋，最后将氮化碳和铁酸铋粒子复合到氧化石墨烯的表面制备功能化三元复合光催化材料，制备的功能化三元复合光催化材料易于固液分离和再利用。本发明制备的功能化三元复合光催化材料能有效去除水中的六价铬离子，溶液的pH值和背景电解质会对功能化三元复合光催化材料的去除性能产生影响。本发明可用于电镀厂、冶炼厂、电子厂等排放的含铬废水的处理。

技术领域

本发明属于环境功能材料和水处理新技术领域，具体涉及一种功能化三元复合光催化材料及其制备方法与用途。

背景技术

目前，我国重金属污染问题突出。随着工业的迅速发展，大量的重金属污染物通过各种方式排放到水体中，水体的重金属污染难以控制，污染严重的地方，甚至已经影响到了农副产品的安全。因此急需寻找一种高效且经济的技术对企业排放的废水进行处理。我们一般用离子交换、吸附、氧化还原、电沉积、过滤、化学沉淀、渗透等方法来进行废水处理。近年来，光催化法处理重金属废水进入了人们的视线。光催化法具有常温常压、无毒化、快速高效、选择性好、低耗能等优点，受到的重视与日俱增。虽然大多数光催化法还原降解废水中重金属离子还处于实验室研究阶段，但是关于这方面的研究却是越来越多。目前使用的光催化剂的种类及催化效率都很有限。因此，研究开发新型的具有高催化量、高效率和廉价实用的光催化剂，成为进一步发展和应用光催化法的一个关键性科学技术问题。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是聚合物半导体，具有独特的电子能带结构和优异的化学稳定性，可作为可见光光催化剂，因其廉价、稳定、不含金属组分等特性，被广泛应用于太阳能的光催化转化，如有机污染物的降解、选择性光合成和光解水产氢产氧等，引起人们的广泛关注。g-C₃N₄不仅廉价稳定，满足其作为光催化剂的基本要求，而且还具备能带结构易调控和聚合物半导体的化学组成等特点，是值得深入探索的研究方向。g-C₃N₄还具有导带电子还原能力强和价带空穴氧化能力弱的特点，g-C₃N₄还可以活化分子氧产生超氧自由基(O^2-)。由于g-C₃N₄具有光生载流子的激子结合能高、光生电子空穴复合严重、量子效率低、比表面积小、禁带宽度较大、催化完成后不利于固液分离和催化剂的回收等原因，限制了其在光催化领域的应用，复合使其不能在实际工程中大规模推广应用。将具有磁性的铁酸铋和导电能力强的氧化石墨烯与g-C₃N₄复合，能提高其分离能力和光催化能力。将复合污染物用于水中六价铬的光催化还原去除，能为重金属废水的处理提供有效的技术借鉴。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，开发一种催化性能强和效率高的可用于光催化处理重金属离子的功能化三元复合光催化材料。

本发明提出的一种功能化三元复合光催化材料的制备方法，是将铁酸铋和氮化碳负载在氧化石墨烯上，制备的功能化三元复合光催化材料可通过外加磁场实现快速分离并增加其氧化还原的能力，具体步骤如下：

(1)称取20～80g三聚氰胺于坩埚，加蒸馏水使其没过药品，静置分层后，倒掉上层清液，再加无水乙醇没过药品，静置，待其分层后，倒掉上层清液，将坩埚放入马弗炉，先不盖盖子，在40～100℃条件下加热10～60min，再盖上盖子，在400～800℃条件下加热2～6小时，冷却至室温并研磨筛选，得到氮化碳；