复合光催化剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于功能材料领域，具体涉及一种11￥^-0^4/81?04复合光催化剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]近年来，随着现代工业的迅速发展，环境污染问题也变得日益严重。光催化不仅能利用太阳光将废气、工业废水分解为水和二氧化碳等无机小分子，还能通过光分解水制得氢气能源，因此光催化在环境和能源等众多领域具有广阔的应用前景。BiPO4是一种新型的非金属含氧酸盐光催化剂，在紫外光照射下具有比商业P25更高的光催化活性。然而，BiPO4是一种宽带系半导体光催化剂(3.85eV)，对可见光的利用率还不够理想，不能满足工业应用的需求。
[0003]g-C3N4(mpg-C3N4)是一种具有类石墨层状结构的氮化碳材料，其结构中的C、N原子以sp2杂化形成高度离域的Ji共轭体系，层与层之间存在大量自由移动的电子。传统的块状g-C3N4比表面积小、片层厚而大，大大降低了复合效果。
[0004]迄今为止，制备mpg-C3N4/BiP04复合光催化剂的工作尚未见报道，也没有专利和文献报道过制备1^8-(:#4/81?04复合光催化剂。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种11^^-(:#4/81?04复合光催化剂及其制备方法和应用，其工艺流程简单且成本较低，制备出的mpg_C3N4/BiP04复合光催化剂具有较高的光催化活性。
[0006]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种mpg-C3N4/BiP04复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤:
[0008]步骤1:按质量比为10: (22?28)将三聚氰胺溶于硅溶胶中，加热搅拌至溶剂蒸干，得到白色固体，将白色固体研细后在540?560°C下煅烧4h得到黄色粉末，将黄色粉末分散于NH4HF2S液中，搅拌除去S1 2模板，再洗涤、干燥，得到mpg-C 3N4粉体；
[0009]步骤2:将Na3PO4.12H20和Bi (NO3) 3.5H20溶于水中，然后按水与稀硝酸的体积比为46.5:3.5向其中加入浓度为lmol/L的稀硝酸，搅拌均匀，形成前驱体，前驱体中Na3PO4.12H20和Bi (NO3)3.5H20的浓度均为0.055?0.065mol/L ;将前驱体放入微波水热反应釜中，以300W的功率在195?205°C下微波水热反应55?65min，反应完成后将生成的沉淀洗涤、干燥，得到BiPO4粉体；
[0010]步骤3:将Hipg-C3N4粉体加入乙醇中超声分散均勾，再向其中加入BiPO4粉体继续超声分散均匀，得到分散液，分散液中Hipg-C3N4粉体和BiPO 4粉体的质量比为(40?99): (60?I);然后将分散液在室温下持续搅拌，得到混合液，最后将混合液洗涤、干燥，得至Ij mpg_C3N4/BiP04M合光催化剂。
[0011 ] 所述硅溶胶中含有质量分数为38?40 %的S12,且S12的平均粒径为10?12nm。
[0012]所述步骤I中加热搅拌时的加热温度为95?100°C。
[0013]所述NH4HF2溶液的浓度为3.5?4.5mol/L，搅拌除去S12模板所需的时间为48?50ho
[0014]所述步骤2中搅拌均匀所需的时间为25?35min。
[0015]所述步骤1、步骤2和步骤3中的干燥为在75?85°C下干燥10?12h。
[0016]所述分散液中Hipg-C3N4粉体的浓度为4.8?11.88g/L，BiPO 4粉体的浓度为0.12 ?7.2g/Lo
[0017]所述步骤3中加入Hipg-C3N4粉体后的超声分散时间为3?4h，加入BiPO 4粉体后的超声分散时间为2?3h，分散液的搅拌时间为20?24h。
[0018]mpg-C3N4/BiP0^合光催化剂，该复合光催化剂由BiPO 4、Hipg-C3N4和C 3H3N3组成，其中Hipg-C3N4与BiPO 4的质量比为(40?99): (60?I)，mpg-C 3N4为介孔材料，其孔径为4?90nm，其晶型为六方相，空间结构群为P_6m2，BiPO4为单斜相独居石结构，空间结构群为P21/n，C3H3N3为菱方相，空间结构群为R_3m。
[0019]mpg-C3N4/BiP04复合光催化剂在降解有机物方面的应用。
[0020]相对于现有技术，本发明具有以下有益效果:
[0021]本发明提供的mpg-C3N4/BiP04复合光催化剂的制备方法，先以三聚氰胺为原料，用硬模板法合成出富含介孔的石墨相氮化碳Oiipg-C3N4)粉体；然后以五水硝酸铋和十二水磷酸钠为原料，用微波水热法合成出BiPO4粉体；再将Hipg-C3N4粉体置于乙醇中超声分散，然后加入BiPO4粉体继续超声分散，分散完成后持续搅拌一段时间，最后将所得产物洗涤、干燥，即得到mpg_C3N4/BiP04复合光催化剂。本发明中通过硬模板法制备的介孔Hipg-C3N4粉体具有大的比表面积，片层小而薄，是一种良好的催化剂载体；而且C 3N4相对能带位置匹配合理，即C3N4的导带电位比BiPO4的导带更负，而BiPO4的价带电位比C3N4价带更正，可以有效地实现两种半导体上产生的光生电子-空穴对的分离，从而显著提高了 Hipg-C3N4/81?04复合光催化剂的光催化性能。该方法工艺简单易控，设备要求简单，实验条件容易达至IJ，而且成本较低，制得的mpg_C3N4/BiP04复合光催化剂具有优异的光催化性能。
[0022]本发明制得的mpg_C3N4/BiP04复合光催化剂由BiPO4、Hipg-C3N4和C3H3N3组成，其中Hipg-C3N4为介孔材料，其孔径为4.0?90.0nm,晶型为六方相，空间结构群为P_6m2，BiPO 4为单斜相独居石结构，空间结构群为P21/n，C3H3N3为菱方相，空间结构群为R-3m。由于Hipg-C3N4富含大量介孔，而且BiPO 4与C 3N4相对能带位置匹配，使得mpg-C 3N4/BiP04复合光催化剂具有优异的光催化性能，能够用于降解有机物和环境污染物，具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0023]图1是本发明制备的Hipg-C3N4粉体的N 2吸附-脱附等温线；
[0024]图2是本发明制备的Hipg-C3N4粉体的孔径分布曲线；
[0025]图3是本发明制备的mpg_C3N4/BiP04复合光催化剂的XRD图；
[0026]图4是本发明制备的11^^-(:#4/81?04复合光催化剂在紫外光下降解罗丹明B的降解曲线；
[0027]图5是本发明制备的11^^-(:#4/81?04复合光催化剂在可见光下降解罗丹明B的降解曲线。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0029]实施例1:
[0030]步骤1:按质量比为10:25将三聚氰胺溶于硅溶胶(硅溶胶中含有质量分数为40%的S12，且S12的平均粒径为12nm)中，100°C加热搅拌至溶剂蒸干，得到白色固体，将白色固体研细后放入马弗炉中，在550°C下煅烧4h，冷却后研磨得到黄色粉末，将黄色粉末分散于200mL浓度为4mol/L的NH4HF2S液中，搅拌48h以除去S1 2模板，再用去离子水和乙醇各洗涤三次，最后在80°C下干燥10h，得到介孔石墨相氮化碳Oiipg-C3N4)粉体；制得的Hipg-C3N4粉体在紫外光下照射8min后对罗丹明B的降解率可达92.3%，可见光照射40min后对RhB的降解率可达90.9%。
[0031]步骤2:将Na3PO4.12H20和Bi (NO3)3.5Η20溶于去离子水中，然后按去离子水与稀硝酸的体积比为46.5:3.5向其中加入浓度为lmol/L的稀硝酸，磁力搅拌30min至混合均匀，形成前驱体，前驱体中Na3PO4.12H20和Bi (NO3)3.5H20的浓度均为0.06mol/L ;将前驱体放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，控制微波水热反应釜的填充比为50%，将微波水热反应釜放到微波水热仪中，设定微波水热反应温度为200°C，保温时间为60min，功率为300W;待反应完成后自然冷却至室温，取出微波水热反应釜中的沉淀，用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，再在80°C下干燥10h，得到BiPO4粉体；制得的BiPO 4粉体在紫外光下照射8min后对罗丹明B的降解率达25.4%。
[0032]步骤3:将Hipg-C3N4粉体加入乙醇中超声分散3h，再向其中加入BiPO 4粉体继续超声分散2h，得到分散液，分散液中Hipg-C3N4粉体和BiPO 4粉体的质量比为40:60，分散液中Hipg-C3N4粉体的浓度为4.8g/L，BiPO4粉体的浓度为7.2g/L ;然后将分散液在室温下持续搅拌24h，得到混合液，最后将混合液用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，再在80°C下恒温干燥10h，得到11^^-(^4/81?04复合光催化剂。制得的mpg-C #4作1?04复合光催化剂在紫外光下照射8min后对罗丹明B的降解率可达92.5 %，可见光照射40min后对罗丹明B的降解率可达90.6%o
[0033]实施例2:
[0034]步骤I和步骤2同实施例1的步骤I和步骤2。
[0035]步骤3:将Hipg-C3N4粉体加入乙醇中超声分散3h，再向其中加入BiPO 4粉体继续超声分散2h，得到分散液，分散液中Hipg-C3N4粉体和BiPO 4粉体的质量比为50:50，分散液中Hipg-C