[发明专利]一种麦羟硅钠石辅助合成的氮化碳纳米片光催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及光催化材料和光催化降解有机污染物的技术领域，具体涉及一种麦羟硅钠石辅助合成的氮化碳纳米片光催化剂及其制备方法与应用。该方法首先通过麦羟硅钠石作为模板辅助水热法预处理含氮前驱体，再通过管式炉高温煅烧，最后去除模板后得到氰基修饰的氮化碳纳米片光催化剂。制得的氮化碳纳米片光催化剂不仅具有高的比表面积，而且引入的氰基有助于抑制光生电子空穴对的重组，提高了光催化活性，并具有良好的循环稳定性，在60min内对罗丹明B溶液的消除率高达95％，循环五次光催化活性没有明显降低。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种麦羟硅钠石辅助合成的氮化碳纳米片光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，有机污染物对水环境的污染受到广泛关注，传统的水处理工艺，包括沉淀、过滤、吸附等难以彻底去除污染物，有些还会产生一些残余废物。随着环境保护的需求和不可再生能源消耗的增长，使用光催化剂利用太阳能成为一个研究热点，光催化降解技术反应条件温和，具有低成本，绿色无污染的优点，可以有效地将污染物氧化为CO₂、H₂O和一些无机离子等，具有广阔的应用前景。

氮化碳是由一种由三均三嗪结构的重复单元组成的非金属半导体，是常见的可见光响应的半导体之一，带隙为2.7eV，具有易于调节的能带结构，良好的化学稳定性等优点，被广泛应用于光催化产氢、光催化降解等领域。但传统的热解方法制备的氮化碳存在比表面积小，光生电子空穴对复合率高等问题，影响其光催化性能(Mao J,Peng T Y,Zhang XH,et al.Effect of graphitic carbon nitride microstructures on the activityand selectivity of photocatalytic CO₂reduction under visible light.[J].Catalysis ScienceTechnology,2013,3(5):1253.)。提高氮化碳光催化性能的主要方法是构造异质结，改良制备方法，引入表面官能团等。表面官能团的引入可以有效提高光催化效率，其中，氰基官能团可以有效抑制光生电子的重组，提高光催化性能，但一些模板制备的含有氰基官能团的氮化碳比表面积不高，减少其催化活性位点并影响其光催化性能(WuX H,Ma H Q,Zhong W,et al.Porous crystalline g-C₃N₄:Bifunctional NaHCO₃template-mediated synthesis and improved photocatalytic H₂-evolution rate.[J].Applied Catalysis B:Environmental,2020,271:118899.)。因此，开发具有高比表面积的表面改性的氮化碳对于提升氮化碳光催化性能十分必要。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足之处，本发明的主要目的是提供一种麦羟硅钠石辅助合成的氮化碳纳米片光催化剂及其制备方法与应用，用于解决现有光催化剂对有机污染物光催化降解效率低的问题。该方法首先将麦羟硅钠石分散在水溶液中并超声剥离，再与含氮前驱体均匀混合后进行水热处理，然后通过管式炉煅烧，最后去除麦羟硅钠石，得到具有高比表面积的麦羟硅钠石辅助合成的氮化碳纳米片光催化剂。制备得到的氮化碳纳米片具有较大的比表面积并引入了氰基官能团，比表面积增大提供更多的活性位点，氰基则有助于加快电荷转移和传输，可以有效提高光催化活性。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种麦羟硅钠石辅助合成的氮化碳纳米片光催化剂的制备方法，其制备步骤如下：

(1)将一定量的麦羟硅钠石分散在水中，超声剥离一定时间后，加入一定量的含氮前驱体，50～70℃下磁力搅拌6～12h，将混合分散液倒入反应釜，在一定温度下反应一定时间后，待冷却至室温离心分离，通过去离子水和无水乙醇洗涤，放入真空干燥箱中在60～80℃下干燥6～12h，得到粉体A；