[发明专利]一种磷、铋共掺杂的多孔石墨相氮化碳光催化剂及其用途

说明书

本发明公开了一种磷、铋共掺杂的多孔石墨相氮化碳光催化剂及其用途，属于光催化领域。本发明的光催化剂通过尿素、六氯环三磷腈和硝酸铋热缩聚反应制备。该催化剂应用于废水中的染料可见光降解。本发明的光催化剂所掺杂的双元素均以化学键形式存在碳化氮中，因此显著提升其光催化降解的稳定性；通过在氮化碳中磷铋的共掺杂，显著降低了氮化碳中的缺陷密度浓度，抑制了光生电子对的快速复合，提升了其光催化降解有机污染物的能力。并且双元素的共掺杂，远远高于单元素掺杂氮化碳的光催化能力；且该催化剂制备过程简单，成本低，催化剂效率高、再生性能优良，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于光催化领域，涉及多孔石墨相氮化碳光催化剂，特别涉及一种磷、铋共掺杂的多孔石墨相氮化碳光催化剂及其用途。

背景技术

合成染料广泛应用于纺织、造纸、塑料和皮革等行业，但随之产生了大量的印染废水，严重威胁着自然环境和人类的健康。印染废水具有色度深、毒性大和难降解等特点，采取常规方法难以达到有效的处理。光催化具有效率高、能耗低和稳定性强，并且降解彻底，不产生二次污染等诸多优点，具有广泛的应用前景。

常用的光催化剂，比如TiO₂和ZnO，只能在紫外光下才具有正常工作，严重限制了其使用范围。氮化碳是一种新型的非金属可见光光催化剂，具有独特的半导体能带结构和优异的化学稳定性，然而传统的氮化碳具有低比表面积、缺陷密度高和光生电子对复合快等缺点，催化效率仍然需要进一步提高。为改变这一情况，国内外科研人员进行了大量研究，主要分为以下三个方向：提高石墨相碳化氮的比表面积；将石墨相碳化氮与半导体光催化剂进行复合形成异质结复合光催化剂；对石墨相碳化氮进行元素的掺杂，从而进一步拓展石墨相碳化氮在环境和能源领域的应用。

多孔石墨相氮化碳具有较大的比表面积，可使催化剂的反应活性位点增多，有利于光生电子与空穴迁移至催化剂表面参与反应，提高g-C₃N₄光催化性能。公开号为CN107983388 A的中国发明专利报道了磷掺杂的多孔石墨相氮化碳，对印染废水有较好的催化效果。但是催化剂制备过程中，并且需要利用酚醛树脂球作为模板，制备过程繁琐，不利于催化剂的推广使用； 文献1：Journal of Colloid and Interface Science 533 (2019)513–525报道了铋掺杂的石墨相氮化碳，在催化剂制备过程中，以醋酸作为软模板，所得到催化剂对有机物有较好的降解效果，但是催化性能仍然需要进一步提高。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种磷、铋共掺杂的多孔石墨相氮化碳光催化剂及其用途。本发明解决了传统的石墨相氮化碳存在低比表面积、缺陷密度高和光生电子对复合快等缺点，且制备过程简单，具有广泛的应用前景。

本发明的技术方案为：

一种磷、铋共掺杂的多孔石墨相氮化碳光催化剂，该光催化剂通过尿素、六氯环三磷腈和硝酸铋热缩聚反应制备。

作为优选方案，尿素、六氯环三磷腈和硝酸铋的质量比为20～60:1:0.1～1。

进一步的，尿素、六氯环三磷腈和硝酸铋的质量比为40:1:0.5。

作为优选方案，所述热缩聚反应在空气气氛下，于450～650℃加热2～4h。

进一步的，反应过程中升温速率为2~4℃/min。

作为优选方案，所述热缩聚反应完成后，冷却至室温，碾成粉末；所述粉末经洗涤后，80~130℃烘干，再次碾磨，得到磷铋共掺杂的多孔石墨相氮化碳。

进一步的，所述的洗涤为依次用水、乙醇冲洗。

所述磷、铋共掺杂的多孔石墨相氮化碳光催化剂在可见光下催化降解废水中甲基橙和/或罗丹明B中的用途。