CN108246334A - 一种功能化三元复合光催化材料及其制备方法与用途 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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(O2-)。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；
(2)将石墨粉、K2S2O4和P2O5加入到10～50mL浓硫酸中在50～100℃下反应2～8小时，所述石墨粉、K2S2O4与P2O5的质量比为1：(0.5～2)：(0.5～2)，所述浓硫酸的浓度为90～98％，然后冷却至20～40℃，加入800～1200mL超纯水，放置8～12小时，将产物洗涤至中性后在40～80℃下干燥后得到预氧化石墨；
(3)将步骤(2)得到的预氧化石墨加入到200～300mL浓硫酸中，再加入NaNO3和KMnO4，所述浓硫酸的浓度为90～98％，所述预氧化石墨、NaNO3与KMnO4的质量比为1：(0.5～2)：(10～50)，在0～5℃下反应2～6小时，升温到30～40℃下反应1～4小时，加入200～800mL超纯水，在80～100℃条件下反应1～6小时，然后加入800～1200mL超纯水和20～60mLH2O2，所述H2O2浓度为20～30％，继续反应1～6小时，将得到的产物用浓度为5～15％的HCl溶液洗涤，再用大量水洗涤至中性，并在30～60℃下超声分散1～4小时得到氧化石墨烯水悬液；
(4)将硝酸铁、硝酸铋溶解于100～300mL乙二醇甲醚中，加入0.1～0.5mL的硝酸，将柠檬酸溶于50～200mL乙二醇中，所述硝酸铁、硝酸铋和柠檬酸的质量比为1：(0.5～2)：(0.1～2)，所述硝酸浓度为0.01～0.15mol/L，将所述两种溶液混合，并在40～80℃条件下加热搅拌1～4小时，将加热搅拌后的溶液在50～150℃条件下加热6～13小时后得到浅褐色凝胶，将所得凝胶倒入坩埚中，在100～320℃条件下加热10～40min，再在300～800℃条件下煅烧1～5小时，冷却后研磨，得到铁酸铋；
(5)将步骤(1)得到的氮化碳、将步骤(3)得到的氧化石墨烯和步骤(4)得到的铁酸铋溶解于100～400mL的甲醇中，所述氮化碳、氧化石墨烯水溶液和铁酸铋的质量比为1：(20～50)：(0.5～2)，在30～80℃条件下超声分散1～6小时，在烘箱中50～100℃条件下干燥3～8小时后得到所述功能化三元复合光催化材料。
本发明还提供一种上述的功能化三元复合光催化材料应用于去除水中重金属离子的方法，所述方法包括以下步骤：取一定量的六价铬废水，所述废水的六价铬浓度为0.001～0.1g/L，调节pH值为1～12，将一定量的功能化三元复合光催化材料添加到废水中，每升废水中的添加量以功能化三元复合光催化材料重量计为0.05～3g，在转速为500～2000rpm的磁力搅拌器上反应0～8小时，在一定时间之后加光照进行反应，每隔一段时间取样一次，每两次样品时间间隔相同，反应完成后用磁铁将功能化三元复合光催化材料与溶液分离，完成对废水中六价铬的去除。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明的功能化三元复合光催化材料制备过程中使用的原料来源广泛，且价格低廉，主要原料均是常用的化工产品。
2.本发明的方法制备的产品无毒，对环境友好。
3.本发明的功能化三元复合光催化材料的制备工艺简单、操作方便，易于实现工业化生产。
4.本发明的功能化三元复合光催化材料对水中重金属离子的光催化效率高，而且功能化三元复合光催化材料很容易与处理后的溶液分离，可以再利用。为废水中重金属污染的治理和重金属资源化提供了新的途径。
附图说明
图1是本发明实施例1的功能化三元复合光催化材料的扫描电子显微镜图(SEM)。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
一种本发明所述的功能化三元复合光催化材料的制备方法：
称取30g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70℃条件下加热40min，再盖上盖子，在600℃条件下加热3小时，冷却至室温并研磨筛选，得到氮化碳。
将6g石墨粉、5g K2S2O8和5g P2O5加入到24mL质量浓度为98％的浓硫酸中，在80℃下反应4.5小时，然后冷却至室温，加入1000mL超纯水，放置12小时，将产物洗涤至中性后在60℃下干燥得到预氧化石墨烯；将得到的预氧化石墨加入到240mL质量浓度为98％的浓硫酸中，再加入5g NaNO3和30g KMnO4，在0℃下反应4小时，升温到35℃下反应2小时，加入500mL超纯水，在98℃条件下反应1小时，然后加入1000mL超纯水和40mLH2O2，继续反应2小时，将得到的产物用浓度为10％的HCl溶液洗涤，再用大量水洗涤至中性，并在50℃下超声分散2小时得到质量浓度为5mg/mL的氧化石墨烯水悬液。
将32.3192g硝酸铁、38.8064g硝酸铋溶解于200mL乙二醇甲醚中，加入0.2mL0.1mol/L的硝酸，将柠檬酸溶于100mL乙二醇中，将所述两种溶液混合，并在60℃条件下加热搅拌1小时，将加热搅拌后的溶液在100℃条件下加热10小时后得到浅褐色凝胶，将所得凝胶倒入坩埚中，在200℃条件下加热30min，再在500℃条件下煅烧2小时，冷却后研磨，得到铁酸铋。
取得到的氮化碳3g、氧化石墨烯水溶液29mL和铁酸铋3g溶解于100mL的甲醇中，在50℃条件下超声分散3小时，在烘箱中80℃条件下干燥6小时后得到所述功能化三元复合光催化材料。
上述制得的功能化三元复合光催化材料外观呈褐色，将其置于扫描电镜下，其结构如图1所示，可以看出三种材料可以很好的复合。
实施例2：
本发明的功能化三元复合光催化材料用于去除水中重金属离子，包括以下步骤：
取200mL浓度为5mg/L的六价铬废水，在2～8范围内用盐酸或氢氧化钠调节pH值，将实施例1制得的功能化三元复合光催化材料添加到废水样品中，每升废水中的添加量以功能化三元复合光催化材料重量计为2.5g，将反应器置于转速为1000rpm的磁力搅拌器上进行反应，每20min取样一次，在1小时之后加光照进行反应，反应共持续3小时。样品中的六价铬离子的浓度使用紫外分光光度法进行测定，计算的去除率结果见表1。
表1：pH值对功能化三元复合材料去除水中六价铬离子的影响
| pH值 | 2 | 4 | 6 | 8 |
| 六价铬去除率(％) | 100％ | 72.8％ | 39.55％ | 35.2％ |
由表1可知，功能化三元复合材料对六价铬离子的去除量随着pH值的增加而减小，当pH值小于等于2时去除量达到平衡。
实施例3：
本发明的功能化三元复合光催化材料用于去除水中重金属离子，包括以下步骤：
将实施例1制得的功能化三元复合光催化材料分别添加到体积为200mL初始pH为2的摩尔浓度为0.005mol/L的背景电解质为Na2SO4、CaCl2和NaNO3的六价铬废水中，六价铬离子的初始浓度为5mg/L，每升废水中的添加量以功能化三元复合光催化材料重量计为2.5g，将反应器置于转速为1000rpm的磁力搅拌器上发生反应，每20min取样一次(大约5mL)，在1小时之后加光照进行反应，反应共持续3小时。样品中的六价铬离子的浓度使用紫外分光光度法进行测定，计算的去除率结果见表2。
表2：背景电解质对功能化三元复合材料去除水中六价铬离子的影响
| 背景电解质 | 无 | Na2SO4 | CaCl2 | NaNO3 |
| 六价铬去除率(％) | 92.35％ | 79.3％ | 95.25％ | 84.35％ |
由表2可知，三种背景电解质对功能化三元复合材料对六价铬离子的去除量均有影响，其中Na2SO4和NaNO3会抑制其对六价铬的去除，而CaCl2会促进其对六价铬的去除。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，与本发明构思无实质性差异的各种工艺方案均在本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种功能化三元复合光催化材料，其特征在于，所述功能化三元复合光催化材料以氧化石墨烯为基体，基体上负载有氮化碳和铁酸铋粒子。
2.一种如权利要求1所述的功能化三元复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：
(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；
(2)将石墨粉、K2S2O4和P2O5加入到10～50mL浓硫酸中在50～100℃下反应2～8小时，所述石墨粉、K2S2O4与P2O5的质量比为1：(0.5～2)：(0.5～2)，所述浓硫酸的浓度为90～98％，然后冷却至20～40℃，加入800～1200mL超纯水，放置8～12小时，将产物洗涤至中性后在40～80℃下干燥后得到预氧化石墨；
(3)将步骤(2)得到的预氧化石墨加入到200～300mL浓硫酸中，再加入NaNO3和KMnO4，所述浓硫酸的浓度为90～98％，所述预氧化石墨、NaNO3与KMnO4的质量比为1：(0.5～2)：(10～50)，在0～5℃下反应2～6小时，升温到30～40℃下反应1～4小时，加入200～800mL超纯水，在80～100℃条件下反应1～6小时，然后加入800～1200mL超纯水和20～60mLH2O2，所述H2O2浓度为20～30％，继续反应1～6小时，将得到的产物用浓度为5～15％的HCl溶液洗涤，再用大量水洗涤至中性，并在30～60℃下超声分散1～4小时得到氧化石墨烯水悬液；
(4)将硝酸铁、硝酸铋溶解于100～300mL乙二醇甲醚中，加入0.1～0.5mL的硝酸，将柠檬酸溶于50～200mL乙二醇中，所述硝酸铁、硝酸铋和柠檬酸的质量比为1：(0.5～2)：(0.1～2)，所述硝酸浓度为0.01～0.15mol/L，将所述两种溶液混合，并在40～80℃条件下加热搅拌1～4小时，将加热搅拌后的溶液在50～150℃条件下加热6～13小时后得到浅褐色凝胶，将所得凝胶倒入坩埚中，在100～320℃条件下加热10～40min，再在300～800℃条件下煅烧1～5小时，冷却后研磨，得到铁酸铋；
(5)将步骤(1)得到的氮化碳、将步骤(3)得到的氧化石墨烯和步骤(4)得到的铁酸铋溶解于100～400mL的甲醇中，所述氮化碳、氧化石墨烯水溶液和铁酸铋的质量比为1：(20～50)：(0.5～2)，在30～80℃条件下超声分散1～6小时，在烘箱中50～100℃条件下干燥3～8小时后得到所述功能化三元复合光催化材料。
3.一种权利要求2所述的功能化三元复合光催化材料应用于去除水中重金属离子的方法，所述方法包括以下步骤：取一定量的六价铬废水，所述废水的六价铬浓度为0.001～0.1g/L，调节pH值为1～12，将一定量的功能化三元复合光催化材料添加到废水中，每升废水中的添加量以功能化三元复合光催化材料重量计为0.05～3g，在转速为500～2000rpm的磁力搅拌器上反应0～8小时，在一定时间之后加光照进行反应，每隔一段时间取样一次，每两次样品时间间隔相同，反应完成后用磁铁将功能化三元复合光催化材料与溶液分离，完成对废水中六价铬的去除。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109110867A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-01 | 合肥工业大学 | 一种亚铁氰化铋/异质碳复合电极的制备方法及其应用 |
| CN109174154A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-01-11 | 浙江大学 | 一种碳化氮的掺杂改性方法及降解废水中抗生素的应用 |
| CN110465317A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-11-19 | 黑龙江大学 | 一种光催化剂g-C3N4/GO/磁性粒子及其制备方法 |
| CN110813354A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-02-21 | 西安石油大学 | 一种g-C3N4/ZnO/GO三元复合材料制备及降解甲基橙方法 |
| CN114308097A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-04-12 | 哈尔滨学院 | 一种氮/铁酸铋-石墨烯复合材料的制备方法 |
| CN114588887A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-06-07 | 厦门理工学院 | 一种z型复合光催化剂及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104923276A (zh) * | 2015-03-11 | 2015-09-23 | 江苏大学 | 一种石墨型氮化碳复合铁酸镍磁性光催化材料的制备方法 |
| CN105056981A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-11-18 | 南昌航空大学 | 高效去除难降解有机污染物的复合光催化剂g-C3N4-铁酸铋的制备及其应用 |
| CN106111176A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-11-16 | 南昌航空大学 | 一种g‑CNQDs/GO复合光催化材料的制备方法 |
| CN106732356A (zh) * | 2016-12-19 | 2017-05-31 | 中南林业科技大学 | 一种氧化石墨烯负载二氧化钛耦合材料的制备方法及应用 |
| CN106732713A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-05-31 | 江苏大学 | 一种三元磁性复合光催化纳米材料及其制备方法和用途 |
| US20170173571A1 (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-22 | Soochow University | Composite material used for catalyzing and degrading nitrogen oxide and preparation method and application thereof |
-
2018
- 2018-01-30 CN CN201810089444.5A patent/CN108246334B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104923276A (zh) * | 2015-03-11 | 2015-09-23 | 江苏大学 | 一种石墨型氮化碳复合铁酸镍磁性光催化材料的制备方法 |
| CN105056981A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-11-18 | 南昌航空大学 | 高效去除难降解有机污染物的复合光催化剂g-C3N4-铁酸铋的制备及其应用 |
| US20170173571A1 (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-22 | Soochow University | Composite material used for catalyzing and degrading nitrogen oxide and preparation method and application thereof |
| CN106111176A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-11-16 | 南昌航空大学 | 一种g‑CNQDs/GO复合光催化材料的制备方法 |
| CN106732713A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-05-31 | 江苏大学 | 一种三元磁性复合光催化纳米材料及其制备方法和用途 |
| CN106732356A (zh) * | 2016-12-19 | 2017-05-31 | 中南林业科技大学 | 一种氧化石墨烯负载二氧化钛耦合材料的制备方法及应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| TING FAN ET AL.: ""Synthesis and characterization of g-C3N4/BiFeO3 composites with anenhanced visible light photocatalytic activity"", 《MATERIALS SCIENCE IN SEMICONDUCTOR PROCESSING》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109110867A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-01 | 合肥工业大学 | 一种亚铁氰化铋/异质碳复合电极的制备方法及其应用 |
| CN109110867B (zh) * | 2018-08-29 | 2021-06-04 | 合肥工业大学 | 一种亚铁氰化铋/异质碳复合电极的制备方法及其应用 |
| CN109174154A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-01-11 | 浙江大学 | 一种碳化氮的掺杂改性方法及降解废水中抗生素的应用 |
| CN110465317A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-11-19 | 黑龙江大学 | 一种光催化剂g-C3N4/GO/磁性粒子及其制备方法 |
| CN110813354A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-02-21 | 西安石油大学 | 一种g-C3N4/ZnO/GO三元复合材料制备及降解甲基橙方法 |
| CN114308097A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-04-12 | 哈尔滨学院 | 一种氮/铁酸铋-石墨烯复合材料的制备方法 |
| CN114588887A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-06-07 | 厦门理工学院 | 一种z型复合光催化剂及其制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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