[发明专利]一种可见光催化复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种可见光催化复合材料，其特征在于由碳氮磷掺杂纳米TiO₂材料、磷掺杂活性g-C₃N₄材料和纳米SiO₂材料组成；碳氮磷掺杂纳米TiO₂的质量分数为30%-45%；磷掺杂活性g-C₃N₄的质量分数为5%-15%，纳米SiO₂的质量分数为45%-60%；三种光催化材料组分存在光催化协同作用，提高了可见光催化复合材料的催化效率；所述的纳米SiO₂材料是由甲基三乙氧基硅烷和正硅酸乙酯酸性水解和聚合形成的，可用于固体表面的光催化自清洁、空气和废水中有机污染物的降解。

2.一种可见光催化复合材料的制备方法，其特征在于包括碳氮磷掺杂纳米TiO₂ 材料制备、磷掺杂活性g-C₃N₄材料制备、纳米SiO₂ 材料制备和可见光催化复合材料制备四个部分，具体步骤为：

（1）用4mol/L的氨水将2mol/L的硫酸氧钛水溶液中和至pH=8-10，过滤分离形成的白色沉淀，用去离子水洗涤至无硫酸根离子；在60-80℃水浴上，用1mol/L的草酸水溶液将白色沉淀胶溶，控制原料硫酸氧钛、氨水和草酸的摩尔比为1：1.5-2.5：0.8-1.6，得到纳米TiO₂水溶胶；

（2）将其与饱和尿素水溶液、三聚氰胺乙醇溶液和磷酸水溶液混合，控制原料TiO₂、尿素、三聚氰胺和磷酸的摩尔比为1：0.5-2：2-10：0.1-0.5，在75-90℃下回流4-12h，形成碳氮磷掺杂纳米TiO₂水溶胶的混合物；部分溶剂挥发后，形成含有尿素、三聚氰胺和磷酸的碳氮磷掺杂纳米TiO₂凝胶；

（3）将碳氮磷掺杂纳米TiO₂凝胶在110-160℃下烘干；转入高温炉中，在500-550℃和CO₂气体保护下进行聚合反应，同时将产物g-C₃N₄材料活化4-10h；冷却后形成碳氮磷掺杂纳米TiO₂与磷掺杂活性g-C₃N₄混合物；磷酸作为g-C₃N₄的活化催化剂和磷掺杂剂来源，CO₂作为g-C₃N₄材料的气体活化剂；

（4）将碳氮磷掺杂纳米TiO₂与磷掺杂活性g-C₃N₄混合物粉碎研磨至100-400目，然后，以固体质量分数5%分散在乙醇溶剂中，进行超声剥离4-12 h，形成磷掺杂活性g-C₃N₄材料的乙醇分散液；碳氮磷掺杂纳米TiO₂粒子吸附在剥离后的磷掺杂活性g-C₃N₄上；以乙醇溶剂稀释后得到固体质量分数5%的碳氮磷掺杂纳米TiO₂与磷掺杂活性g-C₃N₄可见光催化复合材料悬浮液；

（5）将正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷溶解在含有磷酸水解剂的乙醇水溶液中，控制投料摩尔比为：正硅酸乙酯：甲基三乙氧基硅烷：乙醇：水：磷酸=1：0.1-0.5：10-20：:20-50：0.01-0.1；在室温下搅拌2-4h，使正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷完全水解，在室温下陈化12-48h；用去离子水调整浓度，形成SiO₂ 质量分数为5%的纳米SiO₂ 水溶胶，纳米SiO₂ 粒子的直径为5-20nm；

（6）将SiO₂ 质量分数为5%的纳米SiO₂ 水溶胶与固体质量分数5%的碳氮磷掺杂纳米TiO₂与磷掺杂活性g-C₃N₄光催化复合材料悬浮液以1：0.2-2的质量比加入均质机中混合，然后用氨水调节混合液的pH=4-6，注入模具中放置0.5-2 h形成凝胶；

（7）将凝胶在110-160℃下干燥，冷却后粉碎，得到50-200目的可见光催化复合材料，其中，碳氮磷掺杂纳米TiO₂的质量分数为30%-45%；磷掺杂活性g-C₃N₄的质量分数为5%-15%，纳米SiO₂的质量分数为45%-60%。