[发明专利]一种复合光催化材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种复合光催化材料及其制备方法与应用，属于光催化水污染治理领域。本发明通过浓盐酸和乙二醇处理后的三聚氰胺为前驱体制备多孔g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;，而后以钛酸四丁酯为钛源，以盐酸酸化的高岭土为载体，经水热反应、清洗、煅烧等过程，得到比表面积大、可见光谱响应范围宽的介孔结构光催化复合材料，提高了材料的光催化性能，可适用于富营养化水体中蓝藻的治理。

技术领域

本发明属于光催化水污染治理领域，更具体地说，涉及一种复合光催化材料及其制备方法与应用。

背景技术

光催化氧化作为一种绿色高级氧化技术在水污染治理领域受到人们的高度关注，其中二氧化钛（TiO₂）是人们研究较早的一种光催化材料，但TiO₂较大的禁带宽度（3.2 eV）使之仅对太阳光谱中的紫外光具有响应，光能利用率低，实际应用受到了极大限制。近年来，石墨烯相氮化碳（g-C₃N₄）因其化学性质稳定、易于制备、成本低廉，且具有类石墨烯层状结构，在光催化领域迅速引起了广泛的关注，但其禁带宽度约2.7 eV，可以吸收太阳光谱中λ≤460 nm的蓝紫光，不能充分利用太阳能，并且g-C₃N₄具有较高的载流子复合率和较低的表面反应速率，使其表现出非常低的光催化活性，严重制约了其在水污染治理领域的应用。

经检索发现，研究者们通过构建g-C₃N₄/TiO₂异质结复合材料来提高其可见光响应和光催化性能。例如，申请公布日为2017年7月14日，申请公布号CN106944116A的中国发明专利申请公开了一种氮化碳/二氧化钛纳米片阵列异质结光催化剂及制备方法。该催化剂以g-C₃N₄为载体、钛酸异丙酯为钛源、二乙烯三胺为形貌控制剂、异丙醇为溶剂，通过溶剂热法制备出g-C₃N₄/TiO₂前驱体，经过煅烧处理得到g-C₃N₄/TiO₂纳米片阵列异质结复合光催化剂，形成g-C₃N₄/TiO₂纳米片阵列异质结构，并在试验条件下取得了一定的光催化制氢活性成果。然而，g-C₃N₄/TiO₂仍存在比表面积小、光催化效率低等问题，在水污染治理方面的应用也受到了限制。

发明内容

1. 要解决的问题

针对现有光催化水污染治理技术中存在复合光催化材料比表面积小、光催化效率低、应用受限的问题，本发明提供一种改性高岭土负载g-C₃N₄/TiO₂复合光催化材料及其制备方法与应用。本发明以浓盐酸和乙二醇处理后的三聚氰胺为前驱体制备g-C₃N₄，而后以钛酸四丁酯为钛源，以酸化处理的高岭土为载体材料，负载g-C₃N₄/TiO₂制备得到一种具有较宽可见光谱响应的介孔结构光催化复合材料，并可以良好地应用于富营养化水体中蓝藻的治理。

2. 技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种改性高岭土负载g-C₃N₄/TiO₂复合光催化材料的制备方法，包括以浓盐酸和乙二醇处理后的三聚氰胺为前驱体制备多孔石墨相氮化碳（g-C₃N₄），以钛酸四丁酯为钛源，并且以盐酸改性的高岭土为载体，在氨水的作用下进行水热反应，水热反应后进行煅烧，得到改性高岭土负载g-C₃N₄/TiO₂复合光催化材料。