一种用作可见光催化剂的电子束辐照改性类石墨相氮化碳的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种类石墨相氮化碳的改性方法，特别是一种电子束辐照改性类石墨相氮化碳的方法。
【背景技术】
[0002]最近，一种非金属光催化剂，类石墨相氮化碳，引起了人们的广泛关注。由于其具有合适的禁带宽度、高比表面积和优异的化学稳定性等特点，而被学者们尝试用于太阳光能转换、光合成、电催化和生物成像等诸多领域。光催化技术是一种环境友好型催化技术，其具有清洁能源利用、低能耗、反应条件温和、无二次污染、操作简便等特点，是目前环境治理、能源再生领域的研究热点。
[0003]然而，单纯的类石墨相氮化碳，由于其存在比较高的光生电子空穴对的复合概率，所以直接光催化效率并不太高。为了克服这个缺点和劣势，许多措施和手段都得到了应用和发展，如贵金属负载(如银、钯、金)、金属掺杂(如铁、锌、铒)、非金属掺杂(如硼、硫、氟)、载体负载(如石墨烯、碳纳米管、介孔二氧化硅)和半导体复合(如磷酸银、硫化钼、钨酸铋)等方法。不过，在这些手段中，绝大多数都不可避免地需要引入其他材料和物质。
[0004]因此，开发一种工艺简单、操作方便，且不需要引入其他掺杂剂的改性方法，是研究类石墨相氮化碳可见光光催化领域中很有价值的创造。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种用作可见光催化剂的电子束辐照改性类石墨相氮化碳的制备方法。
[0006]为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案。
[0007]本发明一种用作可见光催化剂的电子束辐照改性类石墨相氮化碳的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤:
a.按现有已知技术制备类石墨相氮化碳；
b.将类石墨相氮化碳、醇、碱和水按一定比例配成悬浮液；所选的醇为异丙醇或乙醇或叔丁醇等醇类；所选的碱为浓氨水或氢氧化钠或碳酸钠；其质量比例如下:类石墨相氮化碳:异丙醇:浓氨水:水=(10-200)mg: (2-5 ) g: (50-100) mg: 30 g ;其中氨水的浓度彡25% ；
c.将步骤b所得的悬浮液进行电子束辐照，辐照剂量为200~1200kGy;后经离心分离得到固体，并洗涤、干燥，即得电子束辐照改性的类石墨相氮化碳。
[0008]本发明的特点是:利用电子束辐照，使类石墨相氮化碳表面结构产生一定的变化，可以改善其禁带宽度，促进光生电子和空穴的有效分离，并增强可见光领域的吸收能力。同时，改性过程中不需要引入其他掺杂剂，使改性过程更为绿色环保。
[0009]此外，本发明通过使用电子加速器产生的电子束作为辐射源来改性类石墨相氮化碳。在辐射过程中无污染，且工艺简单，操作方便，可以实现工业化生产。电子加速器关闭则电子束立即消失，因此本发明方法安全性好，无污染，有利于环保。
【附图说明】
[0010]图1为本发明实施例与对比例中所得类石墨相氮化碳的XRD谱图。
[0011]图2为本发明实施例与对比例中所得类石墨相氮化碳的DRS光谱。
[0012]图3为本发明实施例与对比例中所得类石墨相氮化碳的PL光谱。
[0013]图4为本发明实施例与对比例中所得类石墨相氮化碳的可见光光催化降解曲线图。
【具体实施方式】
实施例
[0014]本实施例的过程和步骤如下所述:
a.首先按现有已知技术制取类石墨相氮化碳:取4.0 g尿素加入25 mL带盖的坩祸，并将其置入马弗炉中，80。C干燥24小时，然后升温至550。C热聚合3小时，随后自然冷却至室温。用水和稀硝酸溶液清洗所得黄色固体多次，最后在60 ° C下干燥过夜。
[0015]b.取60 mg上述合成的类石墨相氮化碳、30 g水、3 g异丙醇和60 mg浓氨水混合均匀后密封于一个聚乙烯袋中。将此袋置于电子加速器下进行室温辐照处理。辐照剂量设定为800 kGy ο
[0016]c.将上步辐照后的悬浮液经常规的离心、洗涤、烘干后，即得电子束辐照改性的类石墨相氮化碳。
[0017]将所得的样品进行表征，其部分结果如附图所示。改性后的类石墨相氮化碳的宏观颜色更深更黄，说明其具有更强的可见光吸收能力。
[0018]对比例:
本对比例的制备过程和步骤同实施例a步骤，不同在于不进行b与c步骤，即得到未经电子束辐照改性处理的原始类石墨相氮化碳。
[0019]对实施例产物的各项仪器测试及光催化性能测试
取20 mg光催化剂加入50 mL(20 mg *L 3罗丹明B溶液。随后转移入一石英管中，进行90分钟的黑暗鼓泡，达到吸附平衡。在鼓泡状态下，采用350 W氙灯配合420 nm紫外滤光片为光源，进行环绕式可见光光激发。在光催化反应的间隔，取出小量的溶液，经过0.22μ m微孔滤膜过滤得到透明溶液。使用分光光度计检测特征峰550 nm处的吸光度，从而分析光催化的效率。
[0020]参见附图，图1为本发明实施例与对比例中所得类石墨相氮化碳的X射线衍射(XRD)谱图。XRD分析:采用日本理学株式会社D/max-2550型X射线衍射仪分析所得材料的物相与结晶性。通过谱图的对比可以看出，经电子束辐照改性处理后，材料的衍射峰强度稍有减弱，说明电子束辐照对其表面微结构产生了一定的破坏。
[0021]图2为本发明实施例与对比例中所得类石墨相氮化碳的漫反射光谱(DRS)光谱。DRS分析:采用日本日立公司U-3010型紫外及可见光分光光度计分析所得材料的光吸收能力。通过谱图的对比可以看出，经电子束辐照改性处理后，材料对于可见光的吸收能力大幅增加。
[0022]图3为本发明实施例与对比例中所得类石墨相氮化碳的光致发光(PL)光谱。PL分析:采用日本日立公司F-7000型荧光分光光度计分析所得材料的光致发光特性。通过谱图的对比可以看出，经电子束辐照改性处理后，材料的光致发光特性大幅减弱，预示着光生电子与空穴分离效率的提高。
[0023]图4为本发明实施例与对比例中所得类石墨相氮化碳作为光催化剂，在可见光条件下降解罗丹明B的降解曲线，从图中可知，经电子束辐照改性处理后，在可见光条件下，可以提升大约4.5倍的光催化效率。
【主权项】
1.一种用作可见光催化剂的电子束辐照改性类石墨相氮化碳的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为: a.按现有已知技术制备类石墨相氮化碳； b.将类石墨相氮化碳、醇、碱和水按一定比例配成悬浮液；所选的醇为异丙醇或乙醇或叔丁醇等醇类；所选的碱为浓氨水或氢氧化钠或碳酸钠；其质量比例如下:类石墨相氮化碳:异丙醇:浓氨水:水=(10-200)mg: (2-5 ) g: (50-100) mg: 30 g ;其中氨水的浓度彡25% ； c.将步骤b所得的悬浮液进行电子束辐照，辐照剂量为200~1200kGy;后经离心分离得到固体，并洗涤、干燥，即得电子束辐照改性的类石墨相氮化碳。
【专利摘要】本发明涉及一种电子束辐照改性类石墨相氮化碳的方法。首先采用现有已知技术方法制取类石墨相氮化碳，并把类石墨相氮化碳、醇、碱和水按一定比例配成悬浮液。然后将上述悬浮液置于电子束发生装置中，使其经受一定剂量的电子束辐照，辐照剂量为200~1200kGy。通过离心分离得到固体，并经洗涤和干燥过程，即得电子束辐照改性的类石墨相氮化碳。本发明所得的改性后材料，具有优良的可见光光催化性能，可有效解决环境污染等问题。同时，改性不需进入其他掺杂剂，且工艺简单，操作方便，便于大规模生产。
【IPC分类】B01J27/24, C02F101/38, C02F1/30, B01J35/10
【公开号】CN105148973
【申请号】CN201510590475
【发明人】焦正, 张云龙, 程伶俐, 浦娴娟, 丁国际
【申请人】上海大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月17日