一种氮化碳催化剂的制备方法及催化剂及催化剂器件与流程

1.本发明涉及催化剂领域，具体是氮化硅催化剂。


背景技术：

2.光催化技术是解决能源危机和环境污染问题的有效途径之一，自从1972年日本科学家将tio2作为光催化剂应用于光催化这一领域以来，光催化技术便引起了世界各个国家的科学家和研究人员的重视。
3.太阳能作为一种能量的起源，不但具有取之不尽用之不竭的特点，同时还是人类至今为止发现的唯一一种完全无污染的能源。但是太阳能的极低利用率问题一直作为“速控步”限制了对其开发利用。
4.氮化碳(g-c3n4)因其适宜的能带结构、易于合成、可见光响应特性、化学和热稳定性强、成本低、环境友好等优点而成为最值得关注的光催化材料之一。
5.由于光生电荷空间分离率低、复合率高、电子传输路径阻力大、可见光相应范围窄等缺点，限制了g-c3n4的实际应用。
6.通过同相结技术提升了氮化碳的收率，并且相比于单一催化剂性能略有提升。提高收率也是提升其光催化活性的有效策略之一。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于，提供了一种氮化碳催化剂的制备方法，包括如下步骤：步骤1、将双氰胺和尿素混合形成混合物；步骤2、将上述混合物煅烧制备氮化碳催化剂。
8.作为改进，所述的煅烧气氛为空气、空气和氮气的混合气体、氮气的一种。
9.作为改进，煅烧在空气中进行，所述煅烧包括首次煅烧、再次煅烧。
10.作为改进，所述的煅烧方法为：升温速率为10℃/min升温速率加热至550℃，在550℃的条件下保温两小时，然后1℃的降温速率降温到500℃，保温两小时，30分钟后降温到400℃，然后自然冷却到室温。
11.作为改进，双氰胺和尿素的质量比为1～5：1。
12.本发明还公开了上述制备方法制备的催化剂。
13.本发明还公开了一种催化剂器件，制备方法如下，将上述催化剂和纸浆混合物干燥，制备所述的催化剂器件。
14.本发明还公开了一种有机物光催化降解方法，采用所述的催化剂，在可见光照射下，完成有机物光催化降解，在一个优选的实施方式中，所述的有机物为农药。
15.本发明公开了一种光催化布料染料清洁方法，使用上述催化剂。
附图说明
16.图1 是ucn、dcn、hpcn的tg（a）和dtg（b）图；
图2 是不同失重温度下的ucn，dcn，hpcn和（a）ucn（b）hpcn（c）dcn（d）的xrd 谱图；图3是hpcn（a）、dcn（b）和ucn（c）在对应失重台阶温度下的红外谱图，hpcn在130-550℃的红外谱图（d）；图4是dcn, ucn 和 hpcn 的bet和孔融；图5是dcn, ucn 和 hpcn xps 总谱(a)，n1s(b)， c1s(c) 和 o1s(d) xps 分谱；图6是ucn、dcn和hpcn的uv-vis drs (a) 和对应的禁带宽度(b)；图7是dcn、ucn和hpcn的cv曲线（a），光电流（b）、电化学阻抗（c）以及模特肖特基曲线（d）；图8是ucn（a）、dcn（b）和hpcn（c）在实际阳光下降解甲基橙的吸光度以及降解速率（d）；图9是hpcn对布料的水系清洁实验（a）hpcn器件对滤纸的rh b降解实验（b）hpcn器件对衣物的rh b降解实验（c）固相降解实验（d）。
具体实施方式
17.下面结合附图，对本发明作详细的说明。
18.为了一步阐明本发明的技术方案，下面将对本发明的实施方式和结果作进一步描述；本发明所描述的实施例仅是本发明的部分实施例，而非全部实施例，且不对本发明实施例有任何形式上的限制。在本发明中的实施例之上的任何简单修饰和相同变化，都属于本发明保护的范围之内。
19.实施例1：取10g双氰胺由室温开始10℃/min升温速率加热至550℃，在550℃的条件下保温两小时，然后1℃/min的降温速率降温到500℃，再保温两小时，30分钟后降温到400℃然后自然冷却到室温。重复煅烧三次分别得到2.3364g，2.2968g，2.3125g。g-c3n4平均产量为2.3152g（简称为dcn），收率为23.15%。
20.实施例2 ：将40g尿素由室温开始10℃/min升温速率加热至550℃，在550℃的条件下保温两小时，然后1℃/min的降温速率降温到500℃，再保温两小时，30分钟后降温到400℃然后自然冷却到室温。重复煅烧三次分别得到0.8536g，0.8663g，0.8624g g-c3n4平均产量为0.8607g（简称为ucn），收率为2.16%。
21.实施例3 将10g双氰胺和40g尿素混合煅烧重复三次。由室温开始10℃/min升温速率加热至550℃，在550℃的条件下保温两小时，然后1℃/min的降温速率降温到500℃，再保温两小时，3分钟后降温到400℃然后自然冷却到室温。重复煅烧三次分别得到9.8765g，9.7932g，9.8351g平均产量为9.835g高收率g-c3n4（简称为hpcn-4），收率为19.67%。
22.从实施例1-3可以看出，前驱体采用双氰胺和尿素的混合，将大大的提高催化剂的收率。通过对实施例1-3的产品进行分析，得出图1-7。
23.实施例4分别称取25 mg实施例1、2、3中所制备的光催化剂，将其加入到50 ml 10 mg/l的mo溶液中，磁力搅拌均匀，暗反应30 min后，以太阳光（2020年8月7日天气晴气温34℃）为发光源,磁力搅拌反应120 min，每20 min取样3 ml，离心分离出催化剂，利用紫外-可见分光光度计测定溶液中剩余mo浓度。如图8（d）所示，催化剂为hpcn时， mo降解率为87%。
24.降解率计算公式为：（a0-a）/a0=（c0-c）/c0
其中a0为原始吸光度a为测试样品吸光度：c0为初始浓度c为样品浓度。
25.实施例5：通过有降解染料印染布料模拟衣物来判断其性能。首先将白色实验服剪成两条大小为1*1.5cm的长方形布条将其浸渍于100mg/l rh b 溶液中30min 然后捞出放入真空干燥箱中干燥。分别放入两个相同的5ml离心管中，其中一个离心管加入2.5mg hpcn-4光催化剂和4ml去离子水然后静置放在自然光下进行4h催化反应，另一个不加催化剂仅加入4ml去离子水。结果显示添加hpcn-4组的布料完全褪色对照组区别并不是十分明显。如附图9a所显示的。
26.实施例6：在粉体催化剂的基础上为了更方便的进行实际应用，我们将hpcn-4和纸浆进行质量比1:2均匀混合制备成了固相催化剂器件。同样进行了4h的自然光照射，如附图9b所显示的，实验结果表明该器件对滤纸具有较强的催化降解效果。
27.实施例7为了将其更有效的应用于实际生活，首先选取由rh b染色实验服。hpcn-4的固相催化剂器件，将其均匀放置于表明，经过4小时自然光照射，如附图9c，清洁效果明显。
28.实施例8 通过固相降解进行了实验，首先选取由染色实验服剪成两条大小为1*2cm的长方形布条。右边作为对实验均匀覆盖100mg固相催化剂，左边作为对照组不添加任何催化剂。同样进行了3h的自然光照射，如附图9d，实验结果表明在固相的条件下hpcn-4光催化剂对实验服布料具有较好的催化清洁效果。