[发明专利]一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法，催化剂原料为：三聚氰胺与六次甲基四胺的质量比为4200:(50‑1000)，该催化剂的制备方法包括：将三聚氰胺与六次甲基四胺在密闭环境中经水热反应得到新型前驱体；将改性后的前驱体进行高温煅烧得到改性石墨相氮化碳；以本发明光催化剂进行光催化降解活性测试结果表明，相对于改性前，活性提高了8.5倍，改性后的石墨相氮化碳引入了缺陷，层间距变大，带隙变窄，有着更强的光电流响应，并且载流子复合得到抑制。

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法。

背景技术

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种具有可见光光催化反应活性的光催化剂，具有热/化学稳定性好、无毒无污染等优点，在光催化分解水、光催化降解有机废水、光催化还原重金属离子等应用领域被广泛研究。在g-C₃N₄去除有机污染物的应用中，通常使用前驱体(如三聚氰胺、尿素、缩二脲等)直接烧结法制备g-C₃N₄。由于传统烧结的g-C₃N₄比表面积小，可见光利用效率低，电导率低、光生载流子复合效率快、界面(光)反应活性位点较少，表面反应动力学速度缓慢和氧化能力中等，催化活性低。因此，需要通过对g-C₃N₄进行改性来强化其光催化性能。

前驱体材料对相应生成的g-C3N4有着多方面的影响。一方面前驱体中主要含的元素C、N、H元素参与g-C3N4的组成，一些前驱体含有的额外附加元素能够在生成g-C3N4的过程中促进加强蜜勒胺单元的连接，提高g-C3N4的聚合度。另一方面不同前驱体的不同分子结构会导致各自在高温条件下聚合生成g-C3N4的过程个方式不同，结合所含的不同元素和氮元素含量的差异性也会导致生成g-C3N4的H质子的浓度和结构缺陷的不同，从而影响g-C3N4的聚合度、原子结构的有序性排列和层结构的堆栈等问题。此外，前驱体的颗粒尺寸和形貌也会影响生成g-C3N4的形貌、比表面积和孔结构等。以上的各种因素直接导致前驱体材料决定着相应生成g-C3N4的电子结构、晶体结构和微观形貌等特性，具体表现为g-C3N4的光催化降解有机污染物性能。

通常对前驱体的改性方法为选择其他小分子化合物与传统前驱体溶剂热共热处理。但是寻找共热的小分子进行前驱体改性是一道难题，如果选择不合适则会导致合成产物与预期不符，得到的g-C3N4比表面积较小，聚合度较低，光催化活性较差。

专利201710114794.8公开了一种碳掺杂多孔石墨相氮化碳纳米分散体系的快速制备方法，先将三聚氰胺和六次甲基四胺进行物理混合，通过煅烧三聚氰胺和六次甲基四胺的混合物让六次甲基四胺分解产生的气体与三聚氰胺作用，由于采用固相与气相反应，本身反应难度就很高，而且也无法证明气体与三聚氰胺确实发生了反应，更没有证明产生的石墨相氮化碳的性能提升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法，本发明将三聚氰胺与六次甲基四胺在密闭环境中经水热反应得到改性后的前驱体，将改性后的前驱体进行高温煅烧得到改性石墨相氮化碳，以本发明光催化剂进行光催化降解活性测试结果表明，相对于改性前，活性提高了8.5倍，改性后的石墨相氮化碳引入了缺陷，层间距变大，有着更强的光电流响应，并且载流子复合得到抑制。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种污水处理用石墨相氮化碳光催化剂，其原料为：三聚氰胺与六次甲基四胺的质量比为4200:(50-1000)。

所述三聚氰胺与六次甲基四胺的质量比为4200:(50-200)。

所述三聚氰胺与六次甲基四胺的质量比为4200:(200-500)。