申请日2021.09.28
公开日期2021.11.23
IPC分类C02F1/30;C02F101/38;B01J27/24;C02F101/34;B01J37/10
摘要
本发明公开了一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法和应用，该污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法包括：将分散有石墨相氮化碳的体系在密闭环境中经程序升温水热反应，得到石墨相氮化碳光催化剂。本发明基于密闭环境中程序升温水热反应对石墨相氮化碳进行改性，产率在80％以上，以本发明光催化剂进行光催化降解活性测试结果表明，相对于改性前，活性提高了4倍，具有产率高、石墨相氮化碳光催化剂性能好的优势。
权利要求
1.一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将分散有石墨相氮化碳的体系在密闭环境中经程序升温水热反应，得到石墨相氮化碳光催化剂。
2.根据权利要求1所述的污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述分散有石墨相氮化碳的体系中，石墨相氮化碳与分散剂的质量体积比为(20～100)：1，石墨相氮化碳的质量单位为mg，分散剂的体积单位为mL，分散剂为水、酸溶液、碱溶液或盐溶液。
3.根据权利要求2所述的污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述酸溶液包括硝酸溶液、硫酸溶液或醋酸溶液。
4.根据权利要求2所述的污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述碱溶液包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水溶液或三乙胺溶液。
5.根据权利要求2所述的污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述盐溶液包括次氯酸钠溶液、氯化钠溶液或醋酸钠溶液。
6.根据权利要求1所述的污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述密闭环境中的气氛为氩气、氢气、氧气、二氧化碳或氨气。
7.根据权利要求1所述的污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述程序升温水热反应包括：在≤30min内升温至200℃～250℃，保持10min～40min。
8.一种根据权利要求1所述污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法制备得到的光催化剂。
9.一种如权利要求8所述光催化剂在光催化降解有机污染物中的应用。
说明书
污水处理用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及污水处理用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种具有可见光光催化反应活性的光催化剂，具有热/化学稳定性好、无毒无污染等优点，在光催化分解水、光催化降解有机废水、光催化还原重金属离子等应用领域被广泛研究。在g-C3N4去除有机污染物的应用中，由于纯的g-C3N4比表面积小，可见光利用效率低，电导率低、光生载流子复合效率快、界面(光)反应活性位点较少，表面反应动力学速度缓慢和氧化能力中等，催化活性低。因此，需要通过对 g-C3N4进行针对性的改性来强化其光催化性能。
在众多改性方法中，对g-C3N4进行水热后处理是一种有效且绿色的方法。其中，将g-C3N4分散于纯水中进行水热处理，改性后的g-C3N4具有更优异的光催化活性，主要是因为①比表面积的大大增加；②g-C3N4的碳空位、氮空位的形成；③表面含氧官能团的引入。进一步的，可以将g-C3N4分散于含酸、碱或盐的水溶液中进行水热处理，与纯水体系相比，可以利用元素的可掺杂性、氧化还原性等实现对g-C3N4的进一步改性。以上的水热处理通常是在密封后的四氟乙烯内衬内进行，水热温度通常为 100～190℃，处理时间通常为6～8h，存在水热g-C3N4产率越低的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供污水处理用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法和应用。本发明基于密闭环境中程序升温水热反应对石墨相氮化碳进行改性，得到石墨相氮化碳光催化剂，具有产率高、石墨相氮化碳光催化剂性能好的优势。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将分散有石墨相氮化碳的体系在密闭环境中经程序升温水热反应，得到石墨相氮化碳光催化剂。
上述的污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述分散有石墨相氮化碳的体系中，石墨相氮化碳与分散剂的质量体积比为(20～100)：1，石墨相氮化碳的质量单位为mg，分散剂的体积单位为 mL，分散剂为水、酸溶液、碱溶液或盐溶液。
上述的污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述酸溶液包括硝酸溶液、硫酸溶液或醋酸溶液。
上述的污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述碱溶液包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水溶液或三乙胺溶液。
上述的污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述盐溶液包括次氯酸钠溶液、氯化钠溶液或醋酸钠溶液。
上述的污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述密闭环境中的气氛为氩气、氢气、氧气、二氧化碳或氨气。
上述的污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述程序升温水热反应包括：在≤30min内升温至200℃～250℃，保持 10min～40min。
此外，本发明提供一种根据上述污水处理用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法制备得到的光催化剂。
进一步，本发明提供一种上述光催化剂在光催化降解有机污染物中的应用。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明基于密闭环境中程序升温水热反应对石墨相氮化碳进行改性，产率在80％以上，以本发明光催化剂进行光催化降解活性测试结果表明，相对于改性前，活性提高了4倍，具有产率高、石墨相氮化碳光催化剂性能好的优势。
2、作为优选，本发明的所述程序升温水热反应包括：在≤30min内升温至200℃～250℃并保持10min～40min，利用高温高压条件下水热体系的饱和蒸汽压、热扩散系数、低密度、表面张力以及黏度对石墨相氮化碳进行改性，避免已有方法石墨相氮化碳改进效果不佳，石墨相氮化碳过量分解等问题。
3、本发明的制备方法省时、操作简单易重复，具有广泛的推广应用价值。
