[发明专利]负载溴化银纳米粒子的中空介孔氮化碳纳米球复合材料及其制备方法与在降解染料中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，具体涉及一种负载溴化银纳米粒子的中空介孔氮化碳纳米球复合材料及其制备方法与在降解染料中的应用。

背景技术

随着近年来技术的迅速发展及快速的工业化，未经处理的工业废水的排放严重超标，已经损坏了生态环境、危害了人类的身体健康。纺织业、印刷业广泛使用有机合成染料，染料通常具有生物毒性和致癌性，且在环境中依靠微生物较难降解完全，其中偶氮染料最难去除，因其高度取代的芳环结构极其稳定，因此寻找高效、快速、低成本处理偶氮染料的污染迫在眉睫。

自1972年Honda等利用TiO₂电极光解水制氢，基于半导体光催化剂的材料研究迅速发展。大量的半导体光催化剂被研究用来降解染料，例如：氧化锌、磷酸铋、氧化铋、碳酸氧铋、三氧化二铁，但是降解时间普遍长，大约2h左右，由于快速的电子空穴对的再结合以及对于可见光的利用率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种负载溴化银纳米粒子的中空介孔氮化碳纳米球复合材料及其制备方法，采用原位离子交换的方法，将溴化银纳米粒子负载到中空介孔氮化碳球的表面，以实现处理废水中的有机染料。

为了达到上述目的，本发明采用如下具体技术方案：

一种负载溴化银纳米粒子的中空介孔氮化碳纳米球复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）以核壳结构的二氧化硅纳米球为模板，以单氰氨为前驱体，经过反应、煅烧、去模板，制备中空介孔氮化碳纳米球；

（2）将中空介孔氮化碳纳米球分散在去离子水中，依次加入硝酸银、溴化钠，反应后得到负载溴化银纳米粒子的中空介孔氮化碳纳米球复合材料。

本发明还公开了一种中空介孔氮化碳纳米球及其制备方法，包括以下步骤，以核壳结构的二氧化硅纳米球为模板，以单氰氨为前驱体，制备中空介孔氮化碳纳米球。

本发明的制备方法可举例如下：

（1）以核壳结构的二氧化硅纳米球为模板，以单氰氨为前驱体，反应后进入到介孔二氧化硅的孔道中，煅烧定型后用氟化氢铵将二氧化硅模板刻蚀，得到中空介孔状的氮化碳纳米球；

（2）将中空介孔氮化碳纳米球分散在去离子水中，先后加入硝酸银和溴化钠，搅拌反应，通过原位离子交换法获得溴化银纳米粒子，然后经过洗涤、离心、干燥后得到负载溴化银纳米粒子的中空介孔氮化碳纳米球复合材料。

上述技术方案中，步骤（1）中，二氧化硅、单氰氨的质量比为1∶5；所述反应的温度为60℃，时间为24h；所述煅烧在氩气中进行，煅烧时升温速率为5℃/min，煅烧的时间为4h，煅烧的温度为550℃；采用氟化氢铵刻蚀去模板；所述刻蚀的时间为12h。

本发明首先采用简单的硬模板的方法制备中空介孔碳纳米球，具有较大的比表面积、均一的孔径大小，较大的比表面积可以促进催化性能，是一种良好的半导体催化剂。

上述技术方案中，步骤（2）中，中空介孔氮化碳和溴化银的质量比为5∶3；反应在避光条件下进行，反应时间为4小时；本发明采用简单的原位离子交换法直接将AgBr纳米粒子负载到中空介孔氮化碳球中，形成的AgBr纳米粒子小，并且较为均一的负载到载体的表面，利于高效的催化降解染料。

本发明进一步公开了上述负载溴化银纳米粒子的中空介孔氮化碳纳米球复合材料在处理废水染料中的应用；上述中空介孔氮化碳纳米球在制备负载溴化银纳米粒子的中空介孔氮化碳纳米球复合材料中的应用；上述中空介孔氮化碳纳米球在处理废水染料中的应用。

本发明的优点：

1、本发明公开的负载溴化银纳米粒子的中空介孔氮化碳纳米球复合材料具有较大的比表面积、均一的孔径大小、良好的导电性；较大的比表面积可以促进催化性能，是一种良好的半导体催化剂。

2、本发明公开的负载溴化银纳米粒子的中空介孔氮化碳纳米球复合材料中，类石墨烯氮化碳（g-C₃N₄）是一种无金属的共轭聚合物半导体，其具有高的物理化学稳定性，易于合成，而且来源丰富；然而，现有块状C₃N₄由于电荷的再结合率高，电导率低、比表面积小（7.7m²g^-1），在实际应用中存在局限性，本发明的技术方案调节电子结构，光学性质，扩大比表面积、降低电荷的再结合率，提高了光催化效率。