[发明专利]剥离管状氮化碳光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种剥离管状氮化碳光催化剂及其制备方法和应用，该剥离管状氮化碳光催化剂的制备方法包括以下步骤：将含氮原料、卤化钾混合，配置成混合溶液，通过水热反应、煅烧，制得剥离管状氮化碳光催化剂。本发明制得的剥离管状氮化碳光催化剂具有比表面积大、活性位点多、光生电子‑空穴对复合速率低、可见光吸收能力强、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，可广泛用于降解有机污染物及产H₂O₂，实际应用价值高；同时该制备方法不需要额外模板，不需要危险试剂，不采用对环境有害的原料，具有工艺简单、易操作、成本低廉、安全性高、制备效率高等优点，适合于大规模制备，利于工业化应用。

技术领域

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

背景技术

随着社会经济的快速发展，环境和能源问题已成为当今迫切需要解决的问题。有机污染物对环境的污染和危害是较为常见的环境污染问题，其中有机污染物包括抗生素、染料等。以抗生素为例，它是一种常见的有机污染物，同时由于抗生素是一类最常见的医疗药物，已经被广泛使用于医疗业、畜牧业、水产养殖业等多个领域，然而，过量使用的抗生素会导致其在生物体内不完全代谢而进入自然水、污水及土壤等环境介质中，这些进入环境介质中的未代谢的抗生素可能会促使环境生物体内产生耐药菌株，从而对生态环境和人类健康带来不利影响。目前，处理环境中抗生素的方法主要有物理处理方法、化学处理方法和生物处理方法。由于物理处理方法不能根本上降解抗生素，生物处理方法过程耗时较长，因而化学处理方法最为常见。光催化作为化学处理方法的一种新途径，已被广泛研究，而研究具有高效光催化性能的光催化剂是光催化应用的关键。除了环境修复领域，光催化在产能领域也发挥重要作用。过氧化氢作为一种新型的液体太阳能燃料和消毒剂，近年来受到越来越多的关注。传统的蒽醌法、电催化氧还原法等传统技术工艺复杂，成本高，因此以太阳能为驱动力的半导体光催化技术被认为是解决当前能源危机的有效策略。

在众多光催化剂中，传统的光催化剂如TiO₂、CdS、ZnO，由其本身禁带宽度较大，只能吸收紫外光，从而不能有效利用太阳光。石墨化氮化碳(g-C₃N₄)由于其具有合适的禁带宽度、能有效响应可见光、稳定性强、制备成本低等优点，被认为是理想的光催化剂之一。光催化剂的纳米结构和形态与其物理化学性质具有密切联系。g-C₃N₄主要包括块状、棒状、管状、量子点等，其中传统块状g-C₃N₄存在比表面积小、光生电荷复合速率快、量子效率低等缺点，限制其在实际中的应用；棒状g-C₃N₄也同样存在比表面积小的缺陷，g-C₃N₄量子点则容易团聚。相比块状和棒状g-C₃N₄，管状氮化碳由于其具有大的比表面积而表现出更高的光催化性能。然而，现有常规管状g-C₃N₄由其存在管壁较厚、催化剂表面暴露不充分、活性位点较少、光生电荷复合效率较快等缺陷，导致其光催化效果不够理想。因此，如何解决上述管状氮化碳中存在的缺陷和不足，是现阶段急需解决的技术问题。

为了解决这一问题，合成具有剥离管壁的管状g-C₃N₄是有效的。然而，常用的剥离氮化碳的方法主要有强酸剥离、高温煅烧剥离及超声剥离等，这些方法操作环境危险、条件苛刻、耗时较长，从而研究一种操作安全、条件温和的剥离方法是必要的；与此同时，剧烈的反应条件在剥离过程中会导致管状结构的破坏。因此，获得一种工艺简单、条件温和、成本低、安全性好的制备比表面积大、活性位点多、吸光能力强、光生电荷复合效率低、光催化活性强的剥离管状氮化碳光催化剂的方法，对于降解环境中的有机污染物(如抗生素)以及提高H₂O₂的产量具有十分重要的意义。

发明内容