本發(fā)明屬于光催化材料及其制備與應(yīng)用，具體涉及一種g-c3n5改性的納米羥基磷灰石材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著納米科技的快速發(fā)展，納米材料因其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。特別是納米羥基磷灰石（hydroxyapatite，hap）作為一種重要的生物活性材料，因其與人體骨骼和牙齒的主要成分相似，而被廣泛研究和應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如骨缺損修復(fù)、牙齒修復(fù)和藥物載體等。羥基磷灰石化學(xué)式為ca10(po4)6(oh)2，是一種微溶于水的磷酸鈣鹽，屬六方晶系，晶體呈六方柱狀，集合體呈塊狀、粒狀或結(jié)核狀等。其結(jié)構(gòu)中磷氧四面體基團緊密結(jié)合，形成兩種不同直徑的通道，直徑分別為0.25?nm和0.30～0.45?nm，這些通道由不同數(shù)量的ca2+構(gòu)成。羥基磷灰石的化學(xué)組成使其具有獨特的化學(xué)活性，如其表面具有弱堿性位點（po43-中的o2-和oh-）和弱酸性位點（不飽和配位ca2+），這使得羥基磷灰石可以通過引入h+和減少oh-來中和由于ca2+的損失而引起的電荷不平衡。羥基磷灰石具有強的離子交換性，其晶格結(jié)構(gòu)中的ca2+可以被其他陽離子取代，從而調(diào)節(jié)羥基磷灰石的酸堿位點和酸堿強度。羥基磷灰石的光學(xué)性質(zhì)使其在光催化過程中能夠有效地吸收光能并產(chǎn)生光生電子和空穴對，這些載流子能夠參與氧化還原反應(yīng)。作為一種優(yōu)異的光催化劑，羥基磷灰石可用于降解有機污染物，如染料、農(nóng)藥和抗生素等，還可用于光解水制氫，二氧化碳還原和殺滅細(xì)菌及病毒等領(lǐng)域。

2、然而，純羥基磷灰石材料在力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性以及生物活性等方面存在一定的局限性，限制了其在實際應(yīng)用中的性能和效果。為了克服這些限制，科研人員嘗試通過各種方法對hap進行改性，以提高其綜合性能。

3、華中科技大學(xué)的發(fā)明專利zl202410492913.3公開了一種鋅摻雜羥基磷灰石納米線及制備方法，可作為一種具有抗炎和抗菌作用的骨修復(fù)材料。東北林業(yè)大學(xué)的發(fā)明專利zl202410441583.5公開了一種稀土摻雜的納米羥基磷灰石/二氧化鋯復(fù)合材料的制備方法，并作用骨修復(fù)或口腔硬組織修復(fù)材料。揚州大學(xué)的發(fā)明專利zl2024104759240則公開了一種聚乳酸/羥基磷灰石微球材料的制備方法及其應(yīng)用。西安交通大學(xué)的發(fā)明專利zl2023110942056公開了一種二氧化鈦/羥基磷灰石光催化自清潔涂料、涂層及其制備方法，該涂料具有一定的自清潔效果。從目前專利來說，有關(guān)羥基磷灰石基材料在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用報道較少。liu等團隊報道了一種采用離子交換技術(shù)制備了fe摻雜的羥基磷灰石，該材料在羅丹明b（rhb）的降解中表現(xiàn)出較高的光催化活性（10.1016/j.matlet.2014.09.018）。shu等采用水熱法也制備了類似的材料（10.1016/j.cej.2023.141474）。adhitiyan等通過微波輻射法制備了摻zn和ag的羥基磷灰石，并研究了其在紫外光照射下對羅丹明b和亞甲基藍(lán)的降解效果（10.1016/j.chphi.2024.100695）。

4、由三嗪和三唑單元組成的碳氮化合物g-c3n5是一種具有良好光催化性能、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的二維材料，其獨特的電子結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)使其成為一種理想的改性劑。雖然xu等報道了采用g-c3n4作為改性劑制備g-c3n4/羥基磷灰石復(fù)合材料并在四環(huán)素的快速降解中得以應(yīng)用（10.1016/j.apcatb.2019.01.020），類似的工作在mohammad等人的報道（10.1016/j.mtcomm.2022.104788）和govindasamy等人的報道（10.1038/s41598-022-15799-y）中均有所體現(xiàn)，然而，迄今為止，尚未見以g-c3n5改性羥基磷灰石以制備光催化劑的有關(guān)材料、制備方法和應(yīng)用的任何報道。

5、鑒于以上背景和研究現(xiàn)狀，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種g-c3n5改性的納米羥基磷灰石材料，材料由納米羥基磷灰石和g-c3n5組成，其中納米羥基磷灰石為光催化材料基質(zhì)，g-c3n5為改性劑。改性劑的作用在于改善納米羥基磷灰石的能帶結(jié)構(gòu)，促進光生電子和空穴的分離，同時擴展納米羥基磷灰石對光的響應(yīng)范圍。

2、本發(fā)明的目的之二在于提供一種上述材料的制備方法，制備過程僅采用一步煅燒即可完成，制備步驟極其簡單，成本低廉。

3、本發(fā)明的目的之三在于提供一種上述材料在去除環(huán)境污染物中的應(yīng)用。

4、為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

5、第一方面，本發(fā)明提供一種g-c3n5改性的納米羥基磷灰石材料，材料由納米羥基磷灰石和g-c3n5組成，其中納米羥基磷灰石為光催化材料基質(zhì)，g-c3n5為改性劑。

6、第二方面，本發(fā)明提供了一種g-c3n5改性的納米羥基磷灰石材料的制備方法，包括如下步驟：

7、稱取納米羥基磷灰石和3-氨基-1,2,4-三唑于研缽中研磨后轉(zhuǎn)入帶蓋子的坩堝中，馬弗爐中500℃煅燒3小時，產(chǎn)物經(jīng)洗滌后真空干燥即得g-c3n5改性的納米羥基磷灰石材料。

8、納米羥基磷灰石為市售或者實驗室合成。

9、在一些實施方式中，納米羥基磷灰石和3-氨基-1,2,4-三唑的質(zhì)量比為（50~1）:1。

10、優(yōu)選的，納米羥基磷灰石和3-氨基-1,2,4-三唑的質(zhì)量比為5:1。

11、第三方面，本發(fā)明提供一種上述制備方法制備得到的g-c3n5改性的納米羥基磷灰石材料在去除環(huán)境污染物等領(lǐng)域的應(yīng)用。

12、所述環(huán)境污染物包括羅丹明b、亞甲基藍(lán)等染料中的至少一種。

13、本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果如下：本發(fā)明通過具有可見光響應(yīng)的改性材料g-c3n5改性納米羥基磷灰石，形成g-c3n5改性的納米羥基磷灰石材料。g-c3n5高效的可見光響應(yīng)性能克服了納米羥基磷灰石僅對紫外光響應(yīng)的缺陷，可在可見光下激發(fā)電子-空穴對，同時其導(dǎo)帶和價帶位置可與納米羥基磷灰石的導(dǎo)帶和價帶位置形成錯位，有利于激發(fā)電子的傳輸，減少復(fù)合幾率，從而實現(xiàn)光催化降解的高效進行，特別是高效去除環(huán)境污染物如羅丹明b、亞甲基藍(lán)等。

技術(shù)特征：

1.一種g-c3n5改性的納米羥基磷灰石材料，其特征在于，包括：

2.一種權(quán)利要求1所述的g-c3n5改性的納米羥基磷灰石材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，納米羥基磷灰石為市售或者實驗室合成。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，納米羥基磷灰石和3-氨基-1,2,4-三唑的質(zhì)量比為（50~1）:1。

5.一種由權(quán)利要求2~4任選一項所述的制備方法得到的g-c3n5改性的納米羥基磷灰石材料在去除環(huán)境污染物中的應(yīng)用。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于，所述環(huán)境污染物包括羅丹明b、亞甲基藍(lán)等染料中的至少一種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種g?C<subgt;3</subgt;N<subgt;5</subgt;改性的納米羥基磷灰石材料及其制備方法和應(yīng)用，涉及光催化材料及其制備與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。所述材料由納米羥基磷灰石和g?C<subgt;3</subgt;N<subgt;5</subgt;組成，其中納米羥基磷灰石為光催化材料基質(zhì)，g?C<subgt;3</subgt;N<subgt;5</subgt;為改性劑。制備過程僅采用一步煅燒即可完成，制備步驟極其簡單，成本低廉。g?C<subgt;3</subgt;N<subgt;5</subgt;高效的可見光響應(yīng)性能克服了納米羥基磷灰石僅對紫外光響應(yīng)的缺陷，可在可見光下激發(fā)電子?空穴對，同時其導(dǎo)帶和價帶位置可與納米羥基磷灰石的導(dǎo)帶和價帶位置形成錯位，有利于激發(fā)電子的傳輸，減少復(fù)合幾率，從而提高光催化活性。g?C<subgt;3</subgt;N<subgt;5</subgt;改性的納米羥基磷灰石材料對各種有色染料均具有較好的光降解性能。

技術(shù)研發(fā)人員：周杰,王春芹,朱蓓蓓,馮國峰,周茉
受保護的技術(shù)使用者：南通職業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2