[发明专利]用废棉制备掺银软碳-氮化碳-TiO2

说明书

本发明公开的一种用废棉制备掺银软碳‑氮化碳‑TiO₂复合材料的方法，以废弃棉为原材料，在氮氛条件下将其煅烧成软碳，再将Ag镶嵌在软碳的微孔中，防止其长大变形。采用季铵盐插层辅助研磨的方法，将g‑C₃N₄颗粒研磨成少层g‑C₃N₄纳米片，并在聚乙烯吡咯烷酮的异丙醇溶液中进行超声振荡处理，剥离出单层g‑C₃N₄纳米片。然后在振动砸击式研磨机中将单层g‑C₃N₄纳米片和钛酸异丙酯进行混合研磨，最后将其与掺杂银量子点的软碳一起进行水热负载，以提高软碳、银、纳米石墨相氮化碳和二氧化钛的光催化性能。

技术领域

本发明属于纺织工程技术领域，具体涉及一种利用废弃棉纤维制备掺银软碳-氮化碳-TiO₂复合材料的方法。

背景技术

TiO₂是目前使用最为广泛的催化剂，廉价无毒，低成本，具有良好的光稳定性和化学稳定性，对紫外线的吸收率比较高，小于387nm的紫外线就能激发生成电子–空穴对，禁带宽度较大。较金红石和板钛矿型TiO₂，锐钛矿TiO₂的氧化还原能力相对较强，光催化活性较高，对有机污染物有很强的吸附作用。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种不含有金属成分的聚合物半导体材料。成本低廉，无毒，热稳定性和化学稳定性良好，带隙适中，具有可见光响应和适当的电子能带结构，是制备光催化剂的理想材料，光催化降解污染物性能要优于其他金属氧化物窄带隙材料。

棉纤维素的分子链中，每个葡萄糖基环上有三个活泼的羟基，这些羟基缔合成分子链内和分子链间的氢键。分子链间存在着分子间作用力，但是其作用力远小于氢键，因此氢键的破坏和重生对于棉纤维的改性，包括物理和化学性能都有很大的影响。碱处理棉纤维是棉纤维化学改性方法中最为简单也是最为成熟的改性工艺。主要是将棉纤维放置在强碱溶液中进行溶胀，处理后获得碱纤维素，碱纤维素再通过酸进行中和，降低了棉纤维的结晶度。改性后的棉纤维在物理性能方面有了一定性能的提高。

棉纤维可经过一定温度煅烧成软碳和硬碳。硬碳难以被石墨化，是高分子聚合物的热分解，不符合本专利的实验需求。软碳为中空结构，且表面有很多孔径较小的小孔，能够很好的将更小的物质镶嵌在其中而不使其长大变形，且具有很大的比表面积和吸附容量。

Ag是一种较为便宜与来源广泛的材料，具有优异的导电性能和较强的电子捕获能力，将Ag沉积在软碳上能够改善其光催化性能，提高降解和吸附能力。

研究表明，采用水热、煅烧和微波加热等方法可以在g-C₃N₄和TiO₂之间建立Z型或II型异质结，光生电子从g-C₃N₄的导带通过Z型载流子运输转移到TiO₂的价带，随后氧化和还原过程分别在TiO₂的价带和g-C₃N₄的导带上同时进行，由于这两个过程分别在催化剂的不同位置进行，因此大大提高了光催化效率。然而，目前有关使用废弃棉纤维制备掺杂银量子点碳/g-C₃N₄/TiO₂光催化复合材料的相关技术还未见报道。

发明内容