[发明专利]一种介孔光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于光催化剂合成技术领域，特指一种介孔光催化剂及其制备方法和应用。通过精确控制反应条件和反应物的量制备成双掺杂Cu/Cl‑g‑C₃N₄介孔光催化剂，表征结果表明纯的g‑C₃N₄经过金属Cu和非金属Cl双掺杂后，没有改变g‑C₃N₄固有的介孔结构特征，同时增加了比表面积和表面活性位点、扩展了对可见光响应范围、提高了载流子分离效率。

技术领域

本发明属于光催化剂合成技术领域，利用络合-煅烧法合成金属Cu和非金属Cl元素双掺杂的Cu/Cl-g-C₃N₄介孔光催化剂，可用于可见光降解盐酸四环素污染物。

背景技术

近年来，抗生素广泛用于人类和动物的疾病治疗。由于使用量大，导致了一定程度的环境污染问题。其中盐酸四环素作为抗生素类的一种，在全球生产和使用中排名第二位，其环境残留物会造成一系列的生态污染；同时，它还会对细菌产生耐药性而影响人类健康。因此，有效地去除环境中盐酸四环素残留物迫在眉睫。经研究发现，一些常规的处理方法，如吸附、微生物分解、电解技术等已不能完全满足需求，而近年来发展的利用太阳能光催化降解技术具有绿色环保、污染物去除彻底等优势，是最有希望的环境净化技术之一，可用于彻底根除环境中残留的抗生素污染物。

石墨相氮化碳(Graphite phase carbon nitride，简称g-C₃N₄)是一种独特的非金属半导体光催化材料，其不但具有较窄的禁带宽度(2.7eV)能够响应可见光，而且还具有耐酸、碱、光腐蚀及环保等优点，是光催化降解有机污染物领域的研究热点之一。然而，g-C₃N₄仍然存在一些不足之处，如比表面积低、光生电子-空穴对复合率较高等，从而导致其光催化性能较低。研究发现金属和非金属掺杂可以有效地调控能带结构和组成、提高太阳光谱响应范围、改变光诱导电荷的氧化还原电位、抑制电子-空穴对复合等，最终增强g-C₃N₄在可见光下的光催化降解性能。

在本工作中，通过络合-煅烧法在介孔g-C₃N₄中同时掺杂金属Cu和非金属Cl两种元素，获得了双掺杂Cu/Cl-g-C₃N₄介孔光催化剂，用于光催化降解盐酸四环素。性能最佳的Cu/Cl-g-C₃N₄介孔光催化剂在120min内对盐酸四环素的降解率可达70％，约为纯介孔g-C₃N₄(仅28％)的2.5倍。金属Cu和非金属Cl元素对介孔g-C₃N₄的双掺杂效应显著提高了可见光收集能力和载流子分离效率，同时增加了比表面积和表面活性位点，最终大大增强了对盐酸四环素污染物的降解能力。到目前为止，尚未发现采用络合-煅烧法在介孔g-C₃N₄中同时引入金属Cu和非金属Cl元素制备双掺杂Cu/Cl-g-C₃N₄的介孔光催化剂。产品制备方法简单、原料来源广、成本低，有利于大规模制备和应用。

发明内容

本发明属于纳米材料合成技术领域，利用络合-煅烧法合成金属Cu和非金属Cl元素双掺杂的Cu/Cl-g-C₃N₄介孔光催化剂，可用于可见光降解盐酸四环素污染物。

本发明的制备方法特征包括以下步骤：

一.制备介孔g-C₃N₄光催化剂

1.称取尿素，在80℃的烘箱中干燥24h，研磨并装入坩埚，加上盖子，在马弗炉中以2℃min^-1的升温速率从室温加热至550℃，煅烧4h。