[发明专利]一种硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机复合材料光催化技术领域，特别涉及一种硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合光催化剂的制备方法。

背景技术

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种新型可见光响应的非金属光催化材料，具有制备工艺简便、稳定性好、耐酸碱和便于改性等优点而被广泛用于光催化领域。然而，g-C₃N₄材料仍存在一些弊端，如比表面积小，光生电子和空穴对复合率高，量子效率低，从而致使g-C₃N₄的光催化性能不理想。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合材料的制备方法，制备方案为：

首先以一维硅酸盐粘土为载体，在其表面均匀负载氢氧化铜粒子，制得硅酸盐粘土/氢氧化铜复合物；然后将所得的复合物与富含碳氮源的原料混合后煅烧，制得硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合材料。

上述制备工艺的具体步骤为：

(1)将硅酸盐粘土分散于去离子水中得到分散液，在搅拌的同时，将可溶性铜盐溶液和碱性溶液同时滴加到分散液中进行反应，反应温度维持在0～10℃，体系pH值保持在7.5～9.5，滴加反应完后，过滤，洗涤至滤液的电导率小于200μS/cm，即制得硅酸盐粘土/氢氧化铜复合滤饼，

其中，硅酸盐粘土为一维纳米结构的天然硅酸盐粘土，如凹凸棒石、海泡石或埃洛石，硅酸盐粘土与去离子水质量之比为0.02～0.15:1，

可溶性铜盐为硫酸铜(CuSO₄·5H₂O)、氯化铜(CuCl₂·2H₂O)、硝酸铜(Cu(NO₃)₂·3H₂O)或醋酸铜(Cu(CH₃COO)₂·H₂O)，可溶性铜盐溶液的浓度为0.3～2.0mol/L，

碱性溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，碱性溶液的浓度为0.5～1.0mol/L，

可溶性铜盐溶液和碱性溶液的用量以生成的氢氧化铜的质量计算：氢氧化铜与硅酸盐粘土质量之比为0.1～0.5:1；

(2)将步骤(1)中所得的复合滤饼与富含碳氮源的原料混合均匀，然后将所得混合物置于密闭容器中，在温度为520℃～570℃的条件下煅烧4～7小时，即制得硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合材料，

其中，富含碳氮源的原料为尿素、双氰胺或三聚氰胺，富含碳氮源的原料与硅酸盐粘土/氢氧化铜复合滤饼质量之比为1～4:1。

本发明的有益效果在于：以天然一维纳米硅酸盐粘土为载体制备硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合光催化剂，可以有效地防止0维的氧化铜粒子和2维氮化碳片的团聚，提高了复合材料的比表面积；可以充分利用含碳氮源的原料热解过程中产生的还原性气体，在高温下将凹凸棒石表面的氢氧化铜还原成铜单质，同时在凹凸棒石/铜复合物表面生成氮化碳，具有工艺简单、成本低廉的优点；

本发明所制得的硅酸盐粘土/铜/氮化碳复合材料组分中，铜单质具有优良的导电性能，为载流子的转移和跃迁提供了通道，进一步加速光生电子-空穴对的快速分离；从而有效提高了复合材料的光催化性能。

具体实施方式

实施例1

1、将0.10千克凹凸棒石分散于5千克去离子水中，在搅拌的同时，将1.7升浓度为0.3摩尔/升的氯化铜溶液和2.0升浓度为0.5摩尔/升的氢氧化钠溶液同时滴加到分散液中进行反应，反应温度维持为0℃，体系pH值保持为9.5，反应滴加完后，过滤，洗涤至滤液的电导率为200μS/cm，即制得凹凸棒石/氢氧化铜复合滤饼；

2、将步骤1所得的复合滤饼与0.6千克尿素混合均匀，然后将所得混合物置于密闭容器中，在温度为570℃的条件下煅烧4小时，即制得凹凸棒石/铜/氮化碳复合材料。

实施例2

1、将0.75千克海泡石分散于5千克去离子水中，在搅拌的同时，将0.38升浓度为2.0摩尔/升的硫酸铜溶液和1.54升浓度为1.0摩尔/升的氢氧化钾溶液同时滴加到分散液中进行反应，反应温度维持为10℃，体系pH值保持为7.5，反应滴加完后，过滤，洗涤至滤液的电导率为150μS/cm，即制得海泡石/氢氧化铜复合滤饼；