g-C3N4@C-PDA复合材料的制备方法及g-C3N4@C-PDA复合材料

本发明涉及一种光催化材料以及其制备方法，尤其涉及一种g-c3n4@c-pda复合材料的制备方法及g-c3n4@c-pda复合材料。

背景技术：

1、染料在纺织、皮革、塑料等产业上有着丰富而广泛的应用，染料是由芳香族化合物经卤素、硝基等取代而生成的，水中溶解度高、生物毒性大，其中有些还是“三致”物质，是目前水污染的主要来源之一。

2、目前对含有染料的污水的处理方法有吸附法、生物法和物理化学法。常规的吸附法利用活性炭、高岭土、工业炉渣等进行吸附将染料与水体分离，pda(聚多巴胺)是一种富含羟基的高分子物质能够改善光催化材料在水中的分散性；同时还可以通过氢键或化学键与染料分子紧密结合，并且在中性偏碱性环境下带有负电，能够通过静电力吸引特定染料分子，是一种良好的表面吸附材料。

3、g-c3n4作为一种高分子半导体材料，具有性能优越、便于制取、原料来源丰富等众多优点，另外，g-c3n4具有一个中等的能带间隙(2.7ev)，相较于市场常用的二氧化钛光催化材料(3.2ev)，它能够在更长波长的光线下工作，从而有更高的光催化降解效率。

4、pda高分子由多巴胺小分子通过聚合而成，分子链上存在大量可以供载流子移动的共轭键，所以通过pda包裹光催化材料对载流子的迁移有极佳的效果，但是现有的pda包裹光催化材料尤其是三维多孔结构的材料，只是pda的无序、随机氧化沉积，不仅不能提高光催化效率反而会削弱聚多巴胺在三维多孔结构中的光热效应。

技术实现思路

1、发明目的：本发明目的是提供一种提高碳化pda包覆g-c3n4均匀性的光催化复合材料的制备方法。

2、技术方案：本发明所述的一种g-c3n4@c-pda复合材料的制备方法包括以下步骤：

3、(1)富氮前体的制备：将三聚氰酸、三聚氰胺和巴比妥酸分散到水中，然后搅拌至反应充分，然后离心干燥，得到富氮前体；

4、(2)g-c3n4的制备：将富氮前体分散到乙二醇中研磨至形成白色均一浆体，使富氮前体浆体中乙二醇挥发后得到富氮前体白色粉末，然后加热处理富氮前体白色粉末得到g-c3n4；

5、(3)g-c3n4@pda的制备：将三羟甲基氨基甲烷水溶液和异丙醇共混，然后加入g-c3n4，充分分散，然后加入浓度为1～5g/l的盐酸多巴胺水溶液，搅拌反应后依次进行离心、去离子水清洗、烘干、研磨得到g-c3n4@pda；

6、(4)g-c3n4@c-pda的制备：取g-c3n4@pda在氮气氛围中碳化处理得到g-c3n4@c400。

7、进一步地，步骤(1)中所述三聚氰酸、三聚氰胺和巴比妥酸的物质的量比为64:64:1～2。

8、进一步地，步骤(2)中所述富氮前体与乙二醇的质量比为1:1～1:2。

9、进一步地，步骤(2)中所述乙二醇挥发方法如下：将富氮前体浆体在170-200℃温度下充分烘干。

10、进一步地，步骤(2)碳化处理为在400-550℃温度下加热至碳化。

11、进一步地，步骤(3)中三羟甲基氨基甲烷水溶液浓度为5～10mm。

12、进一步地，步骤(3)中所述异丙醇和g-c3n4的加入比例为：g-c3n4与异丙醇的质量比为1：50～1:100。

13、进一步地，所述异丙醇、三羟甲基氨基甲烷水溶液和盐酸多巴胺水溶液体积比为2～5:10:1。

14、进一步地，步骤(4)所述热处理温度为300～400℃,热处理时间为30min～1h。

15、一种由上述方法制备得到的g-c3n4@c-pda复合材料。

16、有益效果：和现有技术相比，本发明具有以下显著的优点：

17、(1)pda的分子链上含有大量羟基，能够通过氢键或静电力提高对染料分子的吸附能力；g-c3n4可以在更长波长的光线下工作，因此所制得的的复合光催化材料具有吸附量大、降解效率高、光源利用率高的优点。

18、(2)通过本方法制备的复合材料，pda在三维多孔结构表面的均匀包覆，提高聚多巴胺在三维多孔结构中的光热效应、以及聚多巴胺和g-c3n4在光催化反应过程中均匀的局域协同作用。

19、(3)碳化后的pda在提高材料稳定性的同时，保留其表面的还原性，碳化后的pda显示出高导电性，可作为电子受体加速光生载流子的分离和转移，且碳化pda孔隙结构更丰富，活性位点更多。并且还保持着pda良好的光热转化性能，对让染料分子的吸附作用，以及提高材料的亲水性。

技术特征：

1.一种g-c3n4@c-pda复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的g-c3n4@c-pda复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述三聚氰酸、三聚氰胺和巴比妥酸的物质的量比为64:64:1～2。

3.根据权利要求1所述的g-c3n4@c-pda复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述富氮前体分散于乙二醇中，其中富氮前体与乙二醇的质量比为1:1～1:2。

4.根据权利要求1所述的g-c3n4@c-pda复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述乙二醇挥发方法如下：将富氮前体浆体在170-200℃温度下充分烘干。

5.根据权利要求1所述的g-c3n4@c-pda复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)碳化处理为在400-550℃温度下加热至碳化。

6.根据权利要求1所述的g-c3n4@c-pda复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中三羟甲基氨基甲烷水溶液浓度为5～10mm。

7.根据权利要求6所述的g-c3n4@c-pda复合材料的制备方法，其特征在于所述异丙醇和g-c3n4和异丙醇的质量比为1:50～1:100。

8.根据权利要求7所述的g-c3n4@c-pda复合材料的制备方法，其特征在于，所述异丙醇、三羟甲基氨基甲烷水溶液和盐酸多巴胺水溶液体积比为2～5:10:1。

9.根据权利要求1所述的pda包裹g-c3n4复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述热处理温度为300～400℃，热处理时间为30min～1h。

10.根据权利要求1-9任一项所述的方法制备得到的g-c3n4@c-pda复合材料。

技术总结
本发明公开了一种g‑C3N4@C‑PDA复合材料的制备方法及g‑C3N4@C‑PDA复合材料，包括以下步骤：(1)三聚氰酸、三聚氰胺和巴比妥酸分散到去离子水中；室温搅拌至反应充分，离心干燥，得到富氮前体；(2)将富氮前体分散到乙二醇中研磨至形成白色均一浆体，使富氮前体浆体中乙二醇挥发后得到富氮前体白色粉末；并加热处理得到g‑C3N4；(3)将三羟甲基氨基甲烷水溶液和异丙醇共混，加入g‑C3N4，充分超声分散，加入1～5g/L的盐酸多巴胺水溶液；室温搅拌、离心、去离子水清洗一遍、烘干、研磨得到g‑C3N4@PDA；(4)取g‑C3N4@PDA在氮气氛围中热处理得到g‑C3N4@C400；本方法制备的复合材料，提高聚多巴胺在三维多孔结构中的光热效应、以及聚多巴胺和g‑C3N4在光催化反应过程中均匀的局域协同作用。

技术研发人员：杨文炫,董心愉,王卫
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13