[发明专利]一种磷掺杂石墨氮化碳/四氧化三铁复合材料的制备及应用

说明书

本发明提供了一种磷掺杂石墨氮化碳/四氧化三铁复合材料的制备方法，将尿素和磷酸氢二钾经研磨充分混合，于马弗炉内以2.3℃/min的升温速率加热到500~600℃，煅烧2~5h，冷却至室温后将其加入蒸馏水中溶解，超声，离心，洗涤，干燥，得到浅黄色固体CNP；将CNP和FeCl₃•6H₂O溶于乙二醇溶液中得到浅黄色溶液，然后加入水合肼搅拌混合均匀，于180~200℃水热反应10~12h，离心，用去离子水和乙醇洗涤，真空干燥，得到磷掺杂g‑C₃N₄/Fe₃O₄复合材料，标记为CNP/Fe₃O₄。该复合材料中磷掺杂有效提高了光响应能力，拓宽了对光的吸收范围，且促进了光生电子与空穴对分离。与不掺杂磷的材料相比，复合材料对盐酸四环素的降解明显增强。

技术领域

本发明涉及是一种磷掺杂石墨氮化碳/四氧化三铁复合材料的制备方法，该磷掺杂石墨氮化碳/四氧化三铁复合材料主要作为光催化剂用于光催化降解盐酸四环素。

背景技术

随着人类社会的快速发展与进步，能源短缺和环境污染日益严重。抗生素废水是工业中的一种难降解废水，浓度高、成分复杂。四环素类抗生素进入人体后，会危害人体造血功能、干扰激素平衡等甚至形成癌变，抗生素的过量、长期使用会对人类的健康带来很大的危害。因此，寻找一种高效、经济和稳定的催化剂变得更加重要。先进的氧化工艺（AOPs）对四环素类抗生素降解具有高效率，良好的再生性和易处理性，且工艺简单。在各种AOPs中，可见光诱导非均相类芬顿光催化过程被认为是四环素类抗生素降解为易降解的化合物的有效方法。在催化氧化过程中，具有高氧化性羟基自由基（•OH）通过铁离子（如Fe²⁺或Fe³⁺）对降解污染物起着关键的作用。

石墨氮化碳(g-C₃N₄) 是一种廉价、无金属、无毒、易制备的聚合物半导体材料，与石墨烯具有类似的层状结构，因良好的热力学和物理化学性质引起了人们对其选择性光催化方面的广泛关注。但是，g-C₃N₄的禁带宽度宽，光吸收率低，光生电子与空穴对的复合率高。因此为了提高g-C₃N₄的光催化活性，需要进一步对g-C₃N₄的光催化性能进行改性。

Fe₃O₄由于其广泛的实用性、低毒性和经济性在催化剂方面具有很大应用前景。采用简易磁分离法易于从水溶液中回收Fe₃O₄，使其在回收利用方面具有独特的优势。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中g-C₃N₄材料存在的问题，提供了一种磷掺杂石墨氮化碳/四氧化三铁复合材料的制备方法；

本发明的另一个目的是提供磷掺杂石墨氮化碳/四氧化三铁复合材料作为光催化剂光催化降解盐酸四环素的应用。

一、磷掺杂g-C₃N₄/Fe₃O₄复合材料的制备

（1）CNP的制备：（1）CNP的制备：将尿素和磷酸氢二钾经研磨充分混合，于马弗炉内以2.3℃/min的升温速率加热到500~600℃，煅烧4~5h，冷却至室温后将其加入蒸馏水中溶解，超声，离心，洗涤，干燥，得到浅黄色固体CNP。其中，尿素和磷酸氢二钾的质量比为10.5：1；超声是在20000~25000 Hz下分间断超声，间隔时间为1~2h，共超声3~4h，分间断超声的目的是调控g-C₃N₄的形貌；干燥温度为60~65℃，干燥时间8~10 h。