[发明专利]一种磁性纳米复合光催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性可分离的g-C₃N₄/Ag/Fe₃O₄纳米复合光催化材料及其制备方法，属于光催化复合材料技术领域。

背景技术

半导体材料为基础的光催化剂，作为一种绿色经济的技术，其在有机污染物降解中的应用潜力引起了环境治理与修复领域的广泛关注。然而，半导体光催化材料的大规模使用往往受到两个方面的限制。首先，较宽的带隙抑制了光催化剂对太阳光的吸收和利用；其次，对污染物进行降解后的光催化剂分散于处理后的溶液中，难于分离和回收。所以，材料的高效性、稳定性、成本、和对光的使用效率成为选择半导体光催化材料的重要标准。

2009年，科学家发现了不含金属组分的共轭聚合物石墨相氮化碳（g-C₃N₄）可见光光催化材料，并研究了石墨相氮化碳的能带结构，发现g-C₃N₄具有典型的半导体能带结构，带隙约为2.7eV，比表面积为10m²/g，在λ>387nm可见光诱导下，能发生催化氧化还原反应。与传统半导体材料相比，氮化碳具有优良的耐磨性，化学稳定性和热稳定性，且制备方法简单。由于其本身的有机特点，g-C₃N₄的电子带隙结构可发生改变，所以对其进行修饰或改性也易于实现。

氮化碳聚合物作为光催化剂还存在一些问题，比如表面积小、产生光生载流子的激子结合能高、量子效率低和禁带宽度偏大（λ<460nm）而不能有效利用太阳光等。较为常见的提高g-C₃N₄光催化活性的方法为，对g-C₃N₄进行贵金属（如Au、Ag、Pt等）或其他半导体材料的修饰。但由于g-C₃N₄为基础的材料在溶液中高度分散，催化剂可回收性和重复利用性差，传统的分离技术导致催化材料的大量损失，从而限制了此类光催化材料在实际中的广泛应用。

磁性光催化剂，作为一种较为新兴的光催化材料，提供了一种利用外加磁场将光催化剂进行分离回收的高效方法。这类材料往往由磁性材料和光催化材料合成，因此，对可见光催化材料和低成本的磁性材料的选择成为制备磁性光催化剂的重要研究方向。在众多磁性材料（如Fe₃O₄，γ-Fe₂O₃和MFe₂O₄，此处M为Ba⁺²，Ni⁺²，Mg⁺²，Co⁺²，Mn⁺²，和Zn⁺²）中，Fe₃O₄由于其价格低廉、无毒害、磁性强被广泛用于制备磁性光催化剂。与其他金属氧化物的半导体特点不同，Fe₃O₄的导电性可达1.9×10⁶s/m，具有较高的导电性和相称的能带结构。使用磁性的Fe₃O₄纳米粒子对g-C₃N₄进行修饰可得到可见光光催化效率较高的磁性纳米复合光催化材料。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种磁性可分离的g-C₃N₄/Ag/Fe₃O₄纳米复合光催化材料及其制备方法，采用的制备方法简单易行，可重复性强，且无需模板和后续处理，适用于大规模生产。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种磁性纳米复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）称取一定量的三聚氰胺于坩埚中，将坩埚放入马弗炉中，将马弗炉以2~3℃/min的升温速率加热至520~550℃后，保持温度焙烧4-5h，待坩埚自然冷却后取出，得到淡黄色粉末状g-C₃N₄；

（2）取适量步骤（1）得到的g-C₃N₄，溶入乙醇和水的混合物中，并超声分散；