[发明专利]一种铁硼共掺杂类石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种铁硼共掺杂类石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法与应用。所述方法为：(1)将Fe(NO₃)₃·9H₂O、氧化硼和三聚氰胺进行混合分散后，通过坩埚蒸干得到中间产物粉末；(2)将中间产物粉末在500～600℃下热聚合反应3～5h得到光催化剂。本发明所述方法制备的光催化剂能够有效地催化降解染料污染物，相比于常用的催化剂，更加的绿色环保以及高效。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种铁硼共掺杂类石墨相氮化碳光催化剂及其制备与应用。

背景技术

难降解染料类有机物，由于其化学结构稳定，不易被生物降解，导致其无法被传统的污水处理工艺有效去除。虽然这些有机物在自然环境中的浓度很低，但是它们容易在环境中长期积累，导致耐药细菌的产生，从而对水生生物和人体健康造成危害。目前水体中染料有机物的去除方法主要有物理法、化学法和生物法，现有的生物技术和化学氧化方法费时、效率低、易产生二次污染。其中光催化降解技术利用太阳光为能源，具有高处理效率、低成本、绿色无污染等优点，已被人们广为使用。

近年来，氮化碳(CN)作为一种非金属高分子光催化剂，由于其良好的化学稳定性、热稳定性、低毒性、生物兼容性以及具有可见光响应，已被广泛用于光催化降解有机污染物领域。然而，单一的氮化碳光生载体重组率高，可见光利用率低，比表面积小，严重限制了其光催化性能。因此科研人员采用了多种方法来改善氮化碳的性能，其中非金属元素和金属元素共掺杂能够显著提升氮化碳的光响应效应，提高光催化效率。

铁与硼共掺杂，铁掺杂后能够很好地调整氮化碳独特的电子结构，降低它的带隙，增加了它的比表面积；硼掺杂后，将“C-N”键替换为“C-B”键，拓宽了其可见光响应范围，降低带隙，两种元素掺杂后能够更加有效地提升了氮化碳的光催化性能。

现有制备过程繁琐，制备时间长，需要高温高压设备多，原料多，不利于工业上大规模生产的缺陷成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种铁硼共掺杂类石墨相氮化碳光催化剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述方法制得的一种铁硼共掺杂类石墨相氮化碳光催化剂。该光催化剂相比于常见催化剂更加高效、快捷和绿色。

本发明的再一目的在于提供上述一种铁硼共掺杂类石墨相氮化碳光催化剂的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种铁硼共掺杂类石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将Fe(NO₃)₃·9H₂O、氧化硼与三聚氰胺按照质量比(5～10)：(0.2～0.4)(10～15)加入到醇溶剂中，混合分散均匀后，蒸干，得到中间产物；

(2)将中间产物研磨后，在500～600℃下煅烧3～5h，研磨，洗涤，干燥，得到铁硼共掺杂类石墨相氮化碳光催化剂。

优选的，步骤(1)所述Fe(NO₃)₃·9H₂O与醇溶剂的比例为(5～10)g：40ml。

优选的，步骤(1)所述混合分散的方式为超声分散。

优选的，步骤(1)所述醇溶剂为乙醇和丙醇中的至少一种。

优选的，步骤(1)所述蒸干的温度为180～250℃；更优选为180～200℃。

优选的，步骤(2)所述研磨均指研磨成粉末。

优选的，步骤(2)所述煅烧的升温速率为10～20℃/min。