[发明专利]中空管状氮化碳光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种中空管状氮化碳光催化剂及其制备方法和应用，该中空管状的氮化碳光催化剂是以尿素和三聚氰胺为原料通过水热和煅烧制备得到，其中尿素和三聚氰胺的摩尔比为1～5∶1。本发明中空管状氮化碳光催化剂具有比表面积大、孔洞数量多、光生载流子分离和迁移速率快、吸光能力强、光催化活性高等优点，是一种形貌结构新颖、光催化性能优异的新型可见光催化剂，其制备方法具有工艺简单、易操作、成本低廉、无二次污染等优点，适合于大规模制备，利于工业化应用。本发明光催化剂可降解有机污染物，能够实现对有机污染物的高效去除，具有工艺简单、操作方便、成本低廉、处理效率高、去除效果好等优点，有着很好的应用价值和应用前景。

技术领域

本发明属于可见光催化领域，涉及一种中空管状氮化碳光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

偶氮染料RhB是一种广泛存在于纺织、化妆品、印刷废水中的染料，它是比较常见的有机污染物，它具有毒性和难生物降解性，逐渐成为了人们研究的重点；此外，四环素类抗生素是治疗动物和人类细菌感染最常用的抗生素之一，因此，四环素类抗生素废水也是近年来人们关注的重点。每年都会有大量的化学染料废水和抗生素的排泄物等有机污染物进入环境中，为了解决上述有机污染物废水等问题，研究者提出了一种新途径，即利用光催化剂在太阳光照射下发生催化反应的技术。该技术因其能利用绿色能源太阳能降解有机污染物，并且能够将大部分有毒化合物完全矿化成二氧化碳和水，因而被认为是一种有效的废水处理方法。在光催化技术中，关键之处是选择一个合适的光催化剂。然而，传统的光催化剂如TiO₂和ZnO，由于其本身的禁带较宽，只能吸收紫外光，而不能很好的利用太阳光。

石墨化氮化碳(g-C₃N₄)是一种可见光响应的非金属新型光催化剂，由于其可调性、高稳定性、低成本等优点，在光分解水、光降解污染物、光还原二氧化碳等光催化反应中得到了广泛的应用。然而，单体g-C₃N₄也存在着不可忽视的缺点，比如比表面积较小、产生光生载流子的复合速率快、量子效率低和较弱的利用太阳能的能力等。光催化剂的纳米结构与其物理化学性质以及光催化性能存在非常紧密的联系。当半导体材料的尺度缩小到纳米范围时，将呈现出独特的表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应。到目前为止，氮化碳光催化剂有几种不同的形貌，包括纳米薄片、纳米带、空心球、纳米棒和纳米纤维等，然而，这些不同形貌的氮化碳光催化剂仍然存在比表面积小、活性位点少、光生载流子复合严重、吸光能力差、光催化活性低等缺点。另外，现有氮化碳光催化剂的合成工艺大多数为模板法，它们的合成过程中需要对模板进行去除，这不利于提高制备效率，且导致制备过程复杂、制备成本较高，耗时耗力，同时这些合成工艺需要广泛使用各种有机材料添加剂或高压条件，其中有机添加剂通常很难完全去除，其残留量不仅会影响氮化碳光催化剂的光催化性能，且这些有机添加剂还可能会对环境造成不利影响，这些问题的存在严重限制了氮化碳光催化剂的广泛应用。因此，获得一种比表面积大、孔洞数量多、光生载流子分离和迁移速率快、吸光能力强、光催化活性高的中空管状氮化碳光催化剂，以及开发一种工艺简单、原料来源广、成本低廉、制备效率高、产率高和无二次污染的中空管状氮化碳光催化剂的制备方法仍然是一个巨大的挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种比表面积大、孔洞数量多、光生载流子分离和迁移速率快、吸光能力强、光催化活性高的中空管状氮化碳光催化剂，还提供了一种工艺简单、原料来源广、成本低廉、制备效率高、产率高和无二次污染的中空管状氮化碳光催化剂的制备方法及该中空管状氮化碳光催化剂在降解有机污染物中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种中空管状氮化碳光催化剂，所述中空管状的氮化碳光催化剂是以尿素和三聚氰胺为原料通过水热和煅烧制备得到；所述尿素和三聚氰胺的摩尔比为1～5∶1。

作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种中空管状氮化碳光催化剂的制备方法，包括以下步骤：