一种石墨型氮化碳材料的制备方法与流程

1.本发明属于材料制备及光催化技术领域，特别涉及一种低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂的制备方法，进一步的是一种石墨型氮化碳材料的制备方法。


背景技术：

2.石墨型氮化碳是2d非金属聚合物半导体，禁带宽度为2.7 ev，是一种可以吸收可见光并具有良好稳定性的光催化剂，在光催化降解有机污染物、光催化分解水、光催化还原二氧化碳等领域被深入研究并广泛应用（journal of photochemistry and photobiology c:photochemistry reviews.2014，20，33
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50）。但是，石墨型氮化碳仍存在比表面积较小、可见光利用效率较低、电子-空穴对复合速率较大等问题，这极大影响了其光催化效率。通过氮化碳的改性可以克服以上缺点并提高其光催化性能。常见的改性方法有化学掺杂、物理复合、纳米化等（chem.rev.2016,116,7159
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7329），这些方法可以有效控制氮化碳的能带结构和电子性能，以此提高氮化碳的光催化性能。在化学掺杂中，非金属元素的掺杂，如氧、氮、磷、硫等，可以在氮化碳中形成晶格缺陷，使电子-空穴对高效分离来提高氮化碳的光催化性能。对于氮化碳中的氧掺杂，大多数文献都表明高氧含量的氮化碳具有更好的光催化效果（chem.commun.2016,52,14408-14411）。此外，文献中制备氧掺杂的氮化碳其掺杂构型一般为on2型掺杂（nano energy, 2015,12,646-656）。本发明以尿素为前驱体制备的低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂对于光催化降解有机污染物的效率高于高氧含量以及on2型掺杂氮化碳。因此，on1型掺杂且在一定的低氧含量范围内的氮化碳具有更优的光催化性能。实验证明，低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂具有低氧含量、on1型掺杂、较好的可见光吸收性能、较低的电子-空穴复合速率的特点，在可见光下有高效的光催化降解室内甲醛以及罗丹明b等有机染料的性能。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提出一种低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂的制备方法，进一步的是一种石墨型氮化碳材料的制备方法。
4.为了达到上述目的，本发明所采用的制备低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂的方法包括以下步骤：将前驱体与骨料研磨并混合，在设备中进行煅烧，最终自然冷却至室温，研磨后得到所述的低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂。
5.具体步骤为：将前驱体和骨料在空气氛围下进行研磨、混合，煅烧温度为350-650℃，控制通气速率为0.42~1.50m3/min，通气时间为1-20min，通气时间间隔为10-40min，进料速率为100-500g/min，产物在收料口自然冷却至室温，研磨后得到所述低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂。上述制备得到的低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂的氧元素含量范围为1.5%~2.5%，掺杂构型为on1型掺杂，在5 min内对10 mg/l的罗丹明b染料的降解效率达到100%。
6.本发明通过设计生产设备、混合骨料、控制煅烧氛围得到了低氧含量on1型掺杂的
氮化碳光催化剂，其具有较好的可见光利用效率、较高的光生载流子迁移和分离效率，能够实现有机污染物的高效光催化降解。
附图说明
7.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂的xrd图。
8.图2为低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂的紫外可见漫反射drs图。
9.图3为低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂的xps图。
10.图4为低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂生产设备示意图。
11.图5为低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂的元素分析数据表。
12.图中：1-电机；2-减速机；3-底座；4-螺旋升降杆；5-支架；6-喂料口；7-炉管；8-电炉；9-热电偶；10-出料口及密闭接收设备；11-刮板。
具体实施方式
13.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
14.实施例1：将碳酸钙和三聚氰胺按质量比1：5混合研磨，在如附图4所示的设备中进行煅烧，煅烧温度为650℃，控制通气速率为0.42~1.50，通气时间为2min，通气时间间隔为10min，进料速率为500g/min，自然冷却至室温，研磨后得到低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂。
15.实施例2：将二氧化硅和硫脲按质量比1：1混合研磨，在如附图4所示的设备中进行煅烧，煅烧温度为350℃，控制通气速率为0.42~1.50，通气时间为5min，通气时间间隔为20min，进料速率为200g/min，自然冷却至室温，研磨后得到低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂。
16.性能测试：图1为实施例1所得的低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂的x射线衍射(xrd)图。从图中可以看出在13.0
°
和27.6
°
处有两个明显的衍射峰，分别属于石墨型氮化碳的（100）和（002）晶面，证明制备的产物为石墨型氮化碳。
17.图2为实施例1所得的低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂的紫外可见漫反射(drs)图。从图中可以看出制备的产物的光吸收阈值为460 nm，证明其属于半导体材料，可以吸收部分可见光。
18.图3为实施例1所得的低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂的x射线光电子能谱(xps)图（包含c1s，n1s和o1s）。从图中可以看出286.1 ev处为c1s中c-oh基团的出峰位置，531.6 ev处为o1s中c-o基团的出峰位置，证明在实施例1所得的低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂中存在c-oh基团，即on1型掺杂。
19.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种石墨型氮化碳材料的制备方法，其特征在于：具有石墨型氮化碳结构，氧元素含量为1.5%~2.5%，on1型掺杂；吸收可见光并且光吸收带边为400~460 nm。2.根据权利要求1所述的一种石墨型氮化碳材料的制备方法，其特征在于：低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂的方法包括以下步骤：通过设计设备达到连续生产，在设备中进行煅烧，在产品收集器自然冷却至室温，即获得所述低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂。3.根据权利要求1所述的一种石墨型氮化碳材料的制备方法，其特征在于：控制煅烧过程中的气体流速。4.根据权利要求1所述的一种石墨型氮化碳材料的制备方法，其特征在于：使用的原料为富氮化合物和骨料添加成分；富氮前驱体为三聚氰胺、硫脲、尿素或双氰胺，骨料为二氧化硅、碳酸钙或二氧化钛。5.根据权利要求1所述的一种石墨型氮化碳材料的制备方法，其特征在于：所述的低氧含量on1型掺杂的氮化碳光催化剂应用于可见光催化降解室内甲醛等有机物。

技术总结
本发明公开了一种石墨型氮化碳材料的制备方法，属于材料制备及光催化技术领域。本发明制备的氮化碳光催化剂是以富氮化合物为前驱体，通过煅烧形成，煅烧过程中需控制温度和气体流速。本发明制备的氮化碳光催化剂具有低氧含量、ON1型掺杂、较好的可见光吸收性能、较低的电子空穴复合速率等特点，在可见光下有高效的光催化降解有机污染物的性能。效的光催化降解有机污染物的性能。效的光催化降解有机污染物的性能。


技术研发人员：冯子博 郑啸天 李荟妍
受保护的技术使用者：厦门绿之厦新材料科技有限公司
技术研发日：2022.01.05
技术公布日：2022/4/8