[发明专利]一种双修饰的氮化碳及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种双修饰的氮化碳及其制备方法和应用，所述双修饰的氮化碳制备方法为：(1)将氮化碳在过氧化氢溶液中混合，搅拌得到羟基化氮化碳；(2)将步骤(1)得到的羟基化氮化碳与偶联剂在溶剂中混合，反应后干燥得到所述双修饰的氮化碳。通过本发明制备方法制备得到的双修饰氮化碳，能够显著提高其对染料废水MB的降解率，在染料废水中具有较高的应用价值。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，尤其涉及一种双修饰的氮化碳及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会经济的蓬勃发展，能源危机与环境污染成为了世界各国研究者们都十分重视的问题。光催化技术在环境修复以及新能源开发方面显示出巨大的潜力。然而目前的光催化剂活性较低，其原因表现在多个方面，如催化剂制备过程繁琐、成本高，太阳光的利用率较低、光催化剂性能较弱等问题，这给光催化技术的应用带来了诸多限制。所以十分有必要开发一种制备方法简单、催化剂成本较低、太阳光利用率高及催化性能较强的光催化剂。

氮化碳(C₃N₄)的出现为大规模廉价生产光催化剂提供了一个新的方向，其拥有着独特的电子结构、合适的能带结构和良好的化学、热稳定性等优势，且制备方法简单，催化剂成本低，只需通过直接煅烧前驱体就可获得。但是，直接煅烧获得的体相g-C₃N₄比表面积较小，对反应物的吸附能力较差，影响其催化效果，催化活性并不理想。此外，良好的光吸收能力也是提高光催化性能的一个方面，为提升其催化性能，需对其进行改性，许多实验证实，利用有效的改性方法，可以显著提高催化剂的活性。

可通过掺杂金属或非金属成分对g-C₃N₄进行改性。也可制备二元或三元复合材料。如CN202010245137.9公开了一种通过溶剂热法和煅烧法两步制备具有上转换特性的石墨相氮化碳/高碘氧铋异质结，CN202010142859.1提供了一种WO₃/Ag/g-C₃N₄三相光催化材料的合成方法。经过掺杂或复合后的材料可实现光生载流子的有效分离，提升了光能利用效率，从而提升其光催化性能。但改性过程通常比较繁琐、有的需要进入金属成分造成了材料成本的上升。

结构调控也是一种改性方法。其目的是提高C₃N₄比表面积，从而提高其吸附性能和光催化性能的方法。如通过模板法制备高比表面积的C₃N₄。其中软模板法制得材料的比表面要么不是太高，要么制备的材料碳氮比与理想值偏差太大。硬模板法虽能够制备出大比表面积的C₃N₄，但制备过程较为繁琐。

硅烷偶联剂是一种常见的改性剂，常用于处理二氧化硅、碳黑等无机填料，在橡胶、硅橡胶等聚合物中起活性剂、偶联剂、交联剂、补强剂的作用，作为金属表面防锈剂处理金属表面，有效改善其表面的耐腐性、抗氧化性以及增加其与树脂等高分子材料的粘接性。然而，将硅烷偶联剂用于光催化剂的改性的研究报道较少，在这些报道中硅烷偶联剂起到的主要作用是胶黏剂。如黄妙良等采用硅烷偶联剂WD-50改性TiO₂/膨胀石墨复合材料以硅烷偶联剂黏结剂，利用溶胶-凝胶法将TiO₂(P25)负载在膨胀石墨上，在低负载量的情况下，其光催化效率高于P25的光催化效率。也有在对复合材料中某种组分进行修饰的报道，如CN201710569142.3公开了一种高可见光活性ATP/g-C₃N₄-Ag复合材料的制备，其中使用了硅烷偶联剂丙基三甲氧基硅烷。个别使用了硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行单一光催化剂组分修饰的主要应用在TiO₂和ZnO。