一種復(fù)合光催化材料及其制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光催化劑，特指一種采用高溫煅燒法、水熱法及光沉積熱法制備的Ag/Fe304/g-C3N4復(fù)合光催化材料及其制備方法和用途，屬環(huán)境材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]四環(huán)素屬于抗生素類藥物，自問世以來(lái)，陸續(xù)被應(yīng)用于臨床，并已成為應(yīng)用最多，最廣泛的廣譜抗菌素。但是其抗藥性及其副作用也同時(shí)嚴(yán)重影響人們的生活，長(zhǎng)時(shí)間的低含量的積累容易產(chǎn)生抗藥性；研究表明四環(huán)素有可能影響牙齒的發(fā)育和形成，直接威脅到人們的生命健康。所以合理處理生活廢水中的抗生素醫(yī)藥廢水是比較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。目前，光催化技術(shù)已廣泛應(yīng)用研究于環(huán)境中的廢水處理的技術(shù)。人們對(duì)半導(dǎo)體及復(fù)合半導(dǎo)體進(jìn)行改性來(lái)處理環(huán)境污染取得很好的效果，特別是解決了僅局限于紫外光區(qū)的光降解活性，使其在可見光下能夠有效的處理生活中的廢水、廢氣等污染物。
[0003]近年來(lái)，g_C3N4的光催化活性引起了人們的廣泛關(guān)注主要是由于g-C3N4具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性及可直接利用可見光等優(yōu)點(diǎn)，因而在光催化氧化環(huán)境污染物等方面具有廣闊的前景。但是由于其光的利用率低及不可回收，使其應(yīng)用受到限制。
[0004]為了彌補(bǔ)以上兩個(gè)缺點(diǎn)，現(xiàn)有報(bào)道中(Santosh Kumar, Surendar T, BharatKumar，Arabinda Baruahj and Vishnu Shankerj Synthesis of MagneticallySeparable and Recyclable g-C3N4-Fe304Hybrid Nanocomposites with EnhancedPhotocatalytic Performance under Visible-Light Irradiat1n,J.Phys.Chem.C2013，117，26135-26143)，將Fe3O4與氮化碳負(fù)載，雖然可以使催化劑很好回收，又能有效的提高復(fù)合催化劑的光催化活性。但是，一方面由于四氧化三鐵分散不均勻很難制備出形貌良好的復(fù)合材料，而且不穩(wěn)定，使其相關(guān)性能變差，另一方面光催化活性還有待提高。本文成功制備高分散的Fe304/g-C3N4催化材料，又將Ag成功沉積于Fe 304上。目前，研究發(fā)現(xiàn)四氧化三鐵的導(dǎo)電性和Ag的等離子體效應(yīng)的共同參與，形成了一個(gè)電子快速傳導(dǎo)體系，達(dá)到了協(xié)同光催化降解的效果。加速了光生電子的轉(zhuǎn)移，也增強(qiáng)了光的吸收和利用，提高了電子和空穴對(duì)的分離效率，大大促進(jìn)了體系的光催化降解能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明已經(jīng)考慮到現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的問題，目的在于提供一種高分散高活性的Ag/Fe304/g-C3N4復(fù)合光催化材料及其制備方法和用途，該材料能夠很好的降解環(huán)境中四環(huán)素，具有合成簡(jiǎn)單和降解速率高的特點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種復(fù)合光催化材料，是由質(zhì)量比為0.5?7:3?20:80?97的Ag、四氧化三鐵和氮化碳復(fù)合而成的復(fù)合光催化材料Ag/Fe304/g_C3N4。所述復(fù)合光催化材料Ag/Fe304/g_C3N4中，g_C3N4作為支撐載體，F(xiàn)e 304顆粒均勻分散在g-C 3N4表面，Ag沉積在Fe 304表面。
[0008]—種復(fù)合光催化材料的制備方法，包括如下步驟:
[0009]步驟1、制備g_C3N4光催化劑:將三聚氰胺置于瓷坩禍中，置于馬弗爐內(nèi)進(jìn)行第一次煅燒；第一次煅燒完成后進(jìn)行第二次煅燒，待第二次煅燒結(jié)束降至室溫后取出產(chǎn)物并研細(xì)，將研細(xì)的產(chǎn)物分散在堿性溶液中超聲，再洗滌至中性，離心分離，將分離出的產(chǎn)物進(jìn)行第三次煅燒，待煅燒結(jié)束降至室溫后取出產(chǎn)物，即得到g_C3N4光催化劑，保存?zhèn)溆茫?br>[0010]步驟2、水熱沉積技術(shù)制備Fe304/g-C3N4磁性復(fù)合材料:將步驟I制備的g_C 3N4分散于乙二醇中，超聲分散，得到分散液A ;向分散液A中加入九水合硝酸鐵，超聲分散，得到分散液B ;向分散液B中加入乙酸鈉，聚乙二醇4000和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，超聲分散，得到分散液C，將分散液C裝入聚四氟水熱釜中，恒溫?zé)岱磻?yīng)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，洗滌，抽濾，真空烘干，得到Fe304/g-C3N4磁性復(fù)合材料；
[0011 ] 步驟3、制備復(fù)合光催化材料Ag/Fe304/g-C3N4:將步驟2制備的Fe 304/g_C3N4磁性復(fù)合材料加入到含有硝酸銀的去離子水中，并攪拌均勻，得到分散液D，將分散液D在紫外燈下進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后用磁鐵收集產(chǎn)物，洗滌，真空烘干，即得到復(fù)合光催化材料Ag/Fe304/g-C3N4O
[0012]所述步驟I中，所述第一次煅燒方式為在500°C下恒溫保持2h，所述第二次煅燒方式為在520°C下恒溫保持2h，所述第三次煅燒方式為150?300°C下恒溫保持2h，所述第一次煅燒、第二次煅燒、第三次煅燒升溫速率均為2.3°C?4°C /min。
[0013]所述步驟I中，堿性溶液為lmol/L的氫氧化鈉溶液，超聲時(shí)間為0.5?lh。
[0014]所述步驟2 中，分散液 C 中，g-C3N4、乙二 醇、Fe (NO3)3.9H20、PVP, PEG、和CH3COONa.3Η20 的用量比為 0.8 ?3.0g:20 ?40mL:0.05 ?0.15g:0.003 ?0.007g:0.1 ?0.3g:0.5 ?Ig0
[0015]所述步驟2中，恒溫?zé)岱磻?yīng)的溫度為190?200°C，恒溫時(shí)間為8?15h。
[0016]所述步驟3中，F(xiàn)e304/g_C3N4、硝酸銀、去咼子水的用量比為0.1-0.6g:0.7-2.lg:10-50mL，所述紫外燈下反應(yīng)時(shí)間為10?30min。
[0017]所述的復(fù)合光催化材料Ag/Fe304/g-C3N4用于光催化降解四環(huán)素。
[0018]利用本發(fā)明采用高溫煅燒的方法制備了 g_C3N4并對(duì)其進(jìn)行負(fù)載磁性Fe 304改性修飾，再用光沉積技術(shù)再進(jìn)行表面修飾銀，制備出具有較高催化活性和分散性的Ag/Fe304/g_C3N4復(fù)合光催化劑。
[0019]本發(fā)明的技術(shù)效果為:
[0020](I)本發(fā)明描述了一種高分散的可回收的復(fù)合光催化材料Ag/Fe304/g-C3N4及其制備方法及其應(yīng)用，g_C3N4是一種性能優(yōu)異的半導(dǎo)體和可見光催化劑，同樣Fe 304具有優(yōu)異的傳導(dǎo)性能，F(xiàn)e3O4的引入體現(xiàn)了其與g-C 3N4的協(xié)同作用，提高了光催化效果。同時(shí)，Ag的等離子效應(yīng)增強(qiáng)了光吸收和電子傳遞，三者協(xié)同作用大大提高了光催化速率，使得本發(fā)明制備的高分散的復(fù)合光催化劑在短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到高降解率，最高可達(dá)到88% ;該材料還具有磁性，方便了回收再利用。
[0021](2)在制備g_C3N4過程中，由于是采用了二次升溫煅燒的制備方法，使得制備的g_C3N4穩(wěn)定性更好，純度更高，對(duì)與Fe 304和g-C 3N4復(fù)合后的光催化效果更加有利。
[0022](3)光催化劑體系在光催化降解過程中的懸浮特性有效的提高了對(duì)光源的利用率。
【附圖說明】
[0023]圖1為實(shí)施例1所制備樣品的投射電鏡圖和EDX能譜圖，其中(a為g_C3N4的透射電鏡圖，b為Fe304/g-C3N4的透射電鏡圖，c為Ag/Fe 304/g_C3N4的透射電鏡圖，d為Fe 304/g-C3N4的EDX能譜圖;
[0024]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中所制備樣品的XRD圖，其中a為實(shí)施例1所制備的g_C3N4，b為實(shí)施例1所制備的Fe304/g-C3N4，c-g分別為實(shí)施例4、實(shí)施例5、實(shí)施例1、實(shí)施例6、實(shí)施例7制備的的Ag/Fe304/g-C3N4；
[0025]圖3為實(shí)施例1所制備樣品的FT-1R譜圖，其中a為g_C3N4，b為Fe304/g_C3N4，c為 Ag/Fe304/g-C3N4；
[0026]圖4為實(shí)施例1所制備樣品的VSM圖，其中a為Fe304/g_C3N4，b為Ag/Fe304/g-C3N4;
[0027]圖5為實(shí)施例1所制備樣品的光電流曲線圖，其中a為g_C3N4，b為Fe304/g_C3N4，c 為 Ag/Fe304/g-C3N4；
[0028]圖6為實(shí)施例1所制備的Ag/Fe304/g-C3N4降解四環(huán)素的吸光度隨時(shí)間變化曲線圖；
[0029]圖7為本發(fā)明實(shí)施例中所制備樣品光催化降解四環(huán)素的降解效果圖，其中a為實(shí)施例I制備的Fe304/g-C3N4對(duì)四環(huán)素的降