CN111085236B - 碳布负载硼掺杂石墨相氮化碳柔性可回收光催化膜的制备方法 - Google Patents
碳布负载硼掺杂石墨相氮化碳柔性可回收光催化膜的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111085236B CN111085236B CN201911388126.XA CN201911388126A CN111085236B CN 111085236 B CN111085236 B CN 111085236B CN 201911388126 A CN201911388126 A CN 201911388126A CN 111085236 B CN111085236 B CN 111085236B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon cloth
- preparation
- carbon
- crucible
- drying
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 93
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 90
- 239000004744 fabric Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 28
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 15
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims abstract description 14
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims abstract description 14
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 21
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 19
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 16
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 15
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 9
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 8
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 8
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 14
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 7
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 4
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 3
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 3
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000032900 absorption of visible light Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000004298 light response Effects 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 description 2
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012719 thermal polymerization Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 229910052961 molybdenite Inorganic materials 0.000 description 1
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910000161 silver phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
- B01J35/58—Fabrics or filaments
- B01J35/59—Membranes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及一种碳布负载硼掺杂石墨相氮化碳柔性可回收光催化膜的制备方法，对碳布基底材料进行前处理，之后浸泡在硼酸和三聚氰胺的混合悬浮浆料中，取出后在烘箱中干燥，最后用三聚氰胺和硼酸的混合粉末覆盖，烧结后除去表面的较大的块状产物，即得到碳布负载硼掺杂石墨相氮化碳柔性可回收光催化膜。所述前驱体材料为三聚氰胺和硼酸，充分利用g‑C3N4易功能化和B原子易掺入的特性。本发明通过对其关键的前驱体材料的成分比例进行控制，与公开的在碳布上生长的光催化材料相比，该制备的BCN/CFc光催化剂具有较高的可回收性、一定的强度和柔韧性，同时具有超高的降解稳定性，能满足大规模实际生产。
Description
技术领域
本发明属于柔性可回收光催化膜的制备方法，涉及一种碳布负载硼掺杂石墨相氮化碳柔性可回收光催化膜的制备方法，具体涉及一种在碳布上负载硼(B)掺杂的石墨相氮化碳(g-C3N4)薄片状光催化剂的制备方法。
背景技术
g-C3N4作为一种不含金属的可见光响应光催化剂，在太阳能转换和环境治理领域引起了各学科的广泛关注。g-C3N4是一种共轭聚合物，由地球上丰富的碳、氮元素组成，其制备简单、成本较低，在600℃以下和一定的酸、碱、有机溶液环境中有很好的稳定性，使其成为新一代的可见光光催化剂。目前已经制备出光催化性能较好的g-C3N4光催化剂，但大多数是以粉末的形式进行使用，在使用之后很难从反应体系中分离，可回收性差，容易造成浪费和二次污染；在制备过程中经常用到酸、碱、有机溶剂、染料敏化剂来提升其光催化性能，但是这些方法带来严峻的环境问题，并且具有毒性及腐蚀性，此外，染料的合成工艺复杂且成本高，尤其会对水资源和土壤造成严重危害。所以开发新型的易于回收和环境友好的g-C3N4光催化剂，实现多次循环再利用，在节省成本和治理环境方面具有重要意义。
文献1“Cui Z,Sun Y,Zhang Z,et al.Facile synthesis and photocatalyticactivity of Ag3PO4 decorated MoS2 nanoflakes on carbon fiber cloth[J].Materials Research Bulletin,2018,100:345-352”公开了一种在碳纤维布上用Ag3PO4纳米颗粒修饰MoS2纳米片的制备方法，该方法采用了水热法和连续的离子层吸附反应，使两种单体材料之间有着协同作用，异质结的形成使其光催化降解性能提升了10倍，但该方法使用了含有贵金属Ag的材料，导致高成本，这不利于大规模实际应用，同时其降解的循环稳定性不高，经过5次循环测试后光降解率下降了17％。
文献2“Shen X,Zhang T,Xu P,et al.Growth of C3N4 nanosheets on carbon-fiber cloth as flexible and macroscale filter-membrane-shaped photocatalystfor degrading the flowing wastewater[J].Applied Catalysis B Environmental,2017,219”公开了一种在碳布上生长g-C3N4的制备方法,该方法以尿素作为前驱体，碳布作为基底材料，通过浸渍-包裹和热聚合方法将g-C3N4纳米片生长到碳纤维布上，得到了一种过滤膜型的光催化材料。纳米片保证了光催化剂有较大的比表面积，同时具有较高的可见光响应，可应用于多级降解流速为1.5L/h的RhB和4-CP溶液。但该方法以尿素作为前驱体，而尿素合成g-C3N4时产率很低，不利于大规模生产；同时纯尿素制备得到的g-C3N4对可见光的响应不高，吸收边为450nm，不能够充分利用占太阳光谱绝大部分的可见光。
已公开的在碳布上生长光催化材料的制备方法中，催化剂易从碳布脱落，经过多次降解循环后光催化降解活性逐渐下降，无法达到实际应用的需求。所以不仅要考虑光催化活性、稳定性、可见光的利用效率，还应该考虑光催化剂的可回收性、生产和环境影响。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种碳布负载硼掺杂石墨相氮化碳柔性可回收光催化膜的制备方法，克服现有制备方法在成本、可回收性、稳定性方面的不足。
技术方案
一种碳布负载硼掺杂石墨相氮化碳柔性可回收光催化膜的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将基底材料碳布放入异丙醇和去离子水体积比为1:1的溶液中超声处理10～30min，取出后进行干燥；再浸泡在硝酸中5～7d后取出在烘箱中干燥；
步骤2：硼酸和三聚氰胺质量比为0.01:1～0.08:1混合，再加入与混合物质量比为9.09:1～10:1的去离子水进行搅拌，得到均匀的白色乳浊液；
步骤3：硼酸和三聚氰胺质量比为0.01:1～0.08:1混合，再加入与混合物质量比为5.45:1～6:1的无水乙醇进行搅拌，之后在烘箱中以60～80℃的温度干燥8～12h完全去除乙醇，得到均匀的混合前驱体粉末；
步骤4：将步骤1处理的碳布放入步骤2中制备的均匀白色乳浊液中浸泡5～10min，使得表面包裹着白色浆料，取出在烘箱中干燥10～30min；
步骤5：用步骤3中制备的前驱体粉末覆盖步骤4处理后的碳布，转移至坩埚中并振动，使碳布与粉末紧密接触，盖上盖子保持半封闭环境；
步骤6：将步骤5中混合了前驱体粉末和处理后碳布的坩埚放在井式炉中进行煅烧，煅烧温度520～580℃，煅烧时间1.5～2h，升温速率2～5℃/min，采用随炉自然冷却至室温，最后取出烧结后的产物，去除掉碳布表面较大的块状固体，即得到在碳布上生长的B掺杂g-C3N4的薄片状光催化剂。
所述步骤1在烘箱中干燥10～30min。
所述步骤2得到均匀的白色乳浊液采用超声处理5分钟，搅拌的时间为30～60分钟。
所述步骤3加入无水乙醇进行搅拌的时间为30～60分钟，干燥时间8～12小时。
有益效果
本发明提出的一种碳布负载硼掺杂石墨相氮化碳柔性可回收光催化膜的制备方法，通过对其关键的前驱体材料的成分比例进行控制，与公开的在碳布上生长的光催化材料相比，该制备的BCN/CFc光催化剂具有较高的可回收性、一定的强度和柔韧性，同时具有超高的降解稳定性，能满足大规模实际生产。
本发明的有益效果是：该制备方法使用的基底材料是碳布，其具有很好的导电性、高温稳定性、强度和柔韧性。使用的前驱体材料分别是三聚氰胺和硼酸，三聚氰胺已被广泛应用于制备g-C3N4光催化剂，在高温下聚合形成催化剂时会形成多层堆叠的体相纳米结构，粉末之间接触紧密；硼酸可以在g-C3N4的框架中掺入B元素，进而调控其电子结构，使带隙变窄，增加对可见光的吸收，有利于提升光催化性能。与传统的粉末光催化剂相比，这次制备的光催化剂在光催化降解有机染料的应用中具有使用便捷、可回收、使用稳定性高的优势。本发明通过对其关键前驱体的成分进行控制，提升了光催化剂的降解性能，静止的罗丹明B溶液(浓度为5mg/L)在可见光照射下90～120min的降解率为96％，在阳光充足的户外能在60～90min实现对罗丹明B溶液的全部降解，经过10次降解循环测试后性能和重量没有下降，与其它生长在碳布上的光催化材料相比，显著增加了使用稳定性和可回收性。且该方法操作简单，能进行大规模的实际生产，催化膜具有一定的强度和柔韧性，能很好的分离出来，进行再次循环利用。
附图说明
图1是本发明实施例一制备的碳布负载硼掺杂石墨相氮化碳(BCN/CFc)柔性可回收光催化膜的实物图。
图2是本发明实施例一制备的BCN/CFc光催化剂的X射线衍射图谱(XRD)。
图3是本发明实施例一制备的BCN/CFc光催化剂的扫描电子显微镜图片(SEM)。
图4是本发明实施例一所制备的BCN/CFc光催化剂在可见光照射下降解罗丹明B(10ml，5mg/L)的光催化活性图。
图5是本发明实施例一所制备的BCN/CFc光催化剂的紫外可见漫反射光谱图(DRS)。
图6是本发明实施例一所制备的BCN/CFc光催化剂的降解率随重复使用次数的变化曲线。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本实施例提供了一种在碳布上生长B掺杂的g-C3N4光催化剂(BCN/CFc)的制备方法。该方法采用超声和浸泡对碳布进行预处理，随后再使用浸泡、包裹方法使前驱体与碳布接触紧密，利用热聚合方法使g-C3N4生长到碳布上，通过涂刮方法去除表面块状产物，最终得到生长在碳布上的B掺杂g-C3N4薄片状光催化剂。对碳布进行超声和浸泡处理能够去除其表面的杂质并且提高对前驱体分子的吸附能力，浸没在前驱体的混合液中能够使碳纤维完全被三聚氰胺和硼酸紧密包裹，通过热聚合方法能使g-C3N4在碳布上生长，并具有优异的结合力，同时反应过程中B原子的掺入可使g-C3N4的能带结构得到调控，提高光生电荷的分离和传输能力，以改善其光催化降解污染物的活性。本发明制备得到的光催化剂增强了对可见光的吸收，易于回收，具有好的强度和柔韧性，尤其具有优异的稳定性，能满足大规模实际生产。
实施例1：
(1)以碳布作为基底材料，采用超声和硝酸浸泡处理，超声处理是将碳布裁切成面积2×2cm2的大小，然后放入10ml异丙醇和10ml的去离子水溶液中超声处理10min，取出后进行干燥；浸泡处理是将干燥后的碳布浸泡在硝酸中7d以增加其吸附性，之后取出在烘箱中干燥30min。
(2)将0.5g硼酸和5g三聚氰胺混合后放入烧杯中，加入50ml去离子水进行搅拌，得到均匀的白色乳浊液。
(3)将0.5g硼酸和5g三聚氰胺混合后放入烧杯中，加入30ml无水乙醇进行搅拌，之后在烘箱中以80℃的温度干燥8h完全去除乙醇，得到均匀的混合前驱体粉末。
(4)将步骤(1)中得到的碳布放入步骤二中制备的均匀白色乳浊液中浸泡，浸泡时间5min，观察到其表面明显紧密包裹着白色浆料，取出在烘箱中干燥10min。
(5)用步骤(3)中制备的前驱体粉末覆盖步骤(4)中处理后的碳布，转移至坩埚中并振动，使碳布与粉末紧密接触，盖上盖子保持半封闭环境。
(6)将步骤(5)中混合了前驱体粉末和处理后碳布的坩埚放在井式炉中进行煅烧，煅烧温度550℃，煅烧时间2h，升温速率5℃/min，采用随炉自然冷却至室温，最后取出烧结后的产物，去除掉碳布表面较大的块状固体，即得到在碳布上生长的B掺杂的g-C3N4的薄片状光催化剂。
图1是本发明实施例一制备的碳布负载硼掺杂石墨相氮化碳(BCN/CFc)柔性可回收光催化膜的实物图。可以从图中看出黄色的g-C3N4紧密包裹在碳布的表面，且分布均匀。
图2是本发明实施例1制备的BCN/CFc光催化剂的XRD图，从图中可以看到g-C3N4的(100)、(002)晶面和碳布的(100)晶面对应的衍射峰，说明g-C3N4成功负载到碳布上。
图3是本发明实施例1制备的BCN/CFc光催化剂的SEM图,从图中可以看出碳纤维的表面覆盖了薄片状和颗粒状产物，也有部分夹杂在碳纤维的间隙中，说明g-C3N4成功生长到碳纤维上。
图4是本发明实施例1制备的BCN/CFc光催化剂在可见光照射下降解罗丹明B的光催化活性图，从图中可以看出该光催化材料在1h内降解率达到80％，2h内降解率达到96％。
图5是发明实施例1制备得到BCN/CFc样品的紫外可见漫反射光谱图，可以看出其在近红外光的区域吸收逐渐增加，说明其具有优异的可见光吸收能力。
图6是本发明实施例1所制备的BCN/CFc光催化剂的降解率随重复使用次数的变化曲线。从图中可以看出其经过10次共20h的循环降解后，光降解率下降很少，说明其具有很高的降解循环稳定性。
实施例2：
(1)以碳布作为基底材料，采用超声和硝酸浸泡处理，超声处理是将碳布裁切成面积2×2cm2的大小，然后放入10ml异丙醇和10ml的去离子水溶液中超声处理10min，取出后进行干燥；浸泡处理是将干燥后的碳布浸泡在硝酸中5d以增加其吸附性，之后取出在烘箱中干燥10min。
(2)将0.2g硼酸和5g三聚氰胺混合后放入烧杯中，加入50ml去离子水进行搅拌，得到均匀的白色乳浊液。
(3)将0.2g硼酸和5g三聚氰胺混合后放入烧杯中，加入30ml无水乙醇进行搅拌，之后在烘箱中以60℃的温度干燥12h完全去除乙醇，得到均匀的混合前驱体粉末。
(4)将步骤(1)中得到的碳布放入步骤(2)中制备的均匀白色乳浊液中浸泡，浸泡时间10min，观察到其表面明显紧密包裹着白色浆料，取出在烘箱中干燥30min。
(5)用步骤(3)中制备的前驱体粉末覆盖步骤(4)中处理后的碳布，转移至坩埚中并振动，使碳布与粉末能更紧密接触，盖上盖子保持半封闭环境。
(6)将步骤(5)混合了前驱体粉末和处理后碳布的坩埚放在井式炉中进行煅烧，煅烧温度580℃，煅烧时间1.5h，升温速率2℃/min，采用随炉自然冷却至室温，最后取出烧结后的产物，去除掉碳布表面较大的块状固体，即得到在碳布上生长的B掺杂的g-C3N4的薄片状光催化剂。
实施例3：
(1)以碳布作为基底材料，采用超声和硝酸浸泡处理，超声处理是将碳布裁切成面积4×4cm2的大小，然后放入20ml异丙醇和20ml的去离子水溶液中超声处理30min，取出后进行干燥；浸泡处理是将干燥后的碳布浸泡在硝酸中7d以增加其吸附性，之后取出在烘箱中干燥20min。
(2)将0.2g硼酸和5g三聚氰胺混合后放入烧杯中，加入50ml去离子水进行搅拌，得到均匀的白色乳浊液。
(3)将0.2g硼酸和5g三聚氰胺混合后放入烧杯中，加入30ml无水乙醇进行搅拌，之后在烘箱中以70℃的温度干燥12h完全去除乙醇，得到均匀的混合前驱体粉末。
(4)将步骤(1)中得到的碳布放入步骤(2)中制备的均匀白色乳浊液中浸泡，浸泡时间10min，观察到其表面明显紧密包裹着白色浆料，取出在烘箱中干燥30min。
(5)用步骤(3)中制备的前驱体粉末覆盖步骤(4)中处理后的碳布，转移至坩埚中并振动，使碳布与粉末能更紧密接触，盖上盖子保持半封闭环境。
(6)将步骤(5)混合了前驱体粉末和处理后碳布的坩埚放在井式炉中进行煅烧，煅烧温度580℃，煅烧时间1.5h，升温速率4℃/min，采用随炉自然冷却至室温，最后取出烧结后的产物，去除掉碳布表面较大的块状固体，即得到在碳布上生长的B掺杂的g-C3N4的薄片状光催化剂。
与背景制备方法相比，本发明在碳布上所制备的B掺杂g-C3N4光催化剂具有很好的降解稳定性和可回收性，同时降低了成本，提高了产量，能进行大规模生产。
Claims (4)
1.一种碳布负载硼掺杂石墨相氮化碳柔性可回收光催化膜的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将基底材料碳布放入异丙醇和去离子水体积比为1:1的溶液中超声处理10～30min，取出后进行干燥；再浸泡在硝酸中5～7d以增加其吸附性，之后取出在烘箱中干燥；
步骤2：硼酸和三聚氰胺质量比为0.01:1～0.08:1混合，再加入与混合物质量比为9.09:1～10:1的去离子水进行搅拌，得到均匀的白色乳浊液；
步骤3：硼酸和三聚氰胺质量比为0.01:1～0.08:1混合，再加入与混合物质量比为5.45:1～6:1的无水乙醇进行搅拌，之后在烘箱中以60～80℃的温度干燥8～12h完全去除乙醇，得到均匀的混合前驱体粉末；
步骤4：将步骤1处理的碳布放入步骤2中制备的均匀白色乳浊液中浸泡5～10min，使得表面包裹着白色浆料，取出在烘箱中干燥10～30min；
步骤5：用步骤3中制备的前驱体粉末覆盖步骤4处理后的碳布，转移至坩埚中并振动，使碳布与粉末紧密接触，盖上盖子保持半封闭环境；
步骤6：将步骤5中混合了前驱体粉末和处理后碳布的坩埚放在井式炉中进行煅烧，煅烧温度520～580℃，煅烧时间1.5～2h，升温速率2～5℃/min，采用随炉自然冷却至室温，最后取出烧结后的产物，去除掉碳布表面较大的块状固体，即得到在碳布上生长的B掺杂g-C3N4的薄片状光催化剂。
2.根据权利要求1所述碳布负载硼掺杂石墨相氮化碳柔性可回收光催化膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1在烘箱中干燥10～30min。
3.根据权利要求1所述碳布负载硼掺杂石墨相氮化碳柔性可回收光催化膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2得到均匀的白色乳浊液采用超声处理5分钟，搅拌的时间为30～60分钟。
4.根据权利要求1所述碳布负载硼掺杂石墨相氮化碳柔性可回收光催化膜的制备方法，其特征在于：所述步骤3加入无水乙醇进行搅拌的时间为30～60分钟，干燥时间8～12小时。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911388126.XA CN111085236B (zh) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | 碳布负载硼掺杂石墨相氮化碳柔性可回收光催化膜的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911388126.XA CN111085236B (zh) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | 碳布负载硼掺杂石墨相氮化碳柔性可回收光催化膜的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111085236A CN111085236A (zh) | 2020-05-01 |
| CN111085236B true CN111085236B (zh) | 2022-12-06 |
Family
ID=70398486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911388126.XA Active CN111085236B (zh) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | 碳布负载硼掺杂石墨相氮化碳柔性可回收光催化膜的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111085236B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115249817B (zh) * | 2021-04-28 | 2024-01-19 | 华南理工大学 | 一种燃料电池气体扩散层用碳纸材料的催化石墨化方法 |
| CN113694953B (zh) * | 2021-08-26 | 2022-08-19 | 西北工业大学 | 一种碳布/大面积二维石墨相氮化碳纳米片产氢光催化膜的制备方法 |
| CN115259492B (zh) * | 2022-07-12 | 2024-03-05 | 大连海事大学 | 一种光电串联压载水处理方法及其应用 |
| CN115970731B (zh) * | 2023-02-22 | 2024-04-30 | 厦门大学 | 一种非金属掺杂基底负载金属单原子催化剂的制备 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103225203B (zh) * | 2013-05-09 | 2014-12-31 | 西北工业大学 | 碳纤维-氧化石墨烯-碳纳米管多尺度增强体的制备方法 |
| CN105126893B (zh) * | 2015-08-31 | 2017-10-13 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种石墨相氮化碳材料、其制备方法和用途 |
| CN105498821B (zh) * | 2015-12-17 | 2018-06-12 | 苏州大学 | 一种用于催化降解氮氧化物的复合材料及其制备方法和用途 |
| CN106732736B (zh) * | 2017-01-20 | 2019-06-18 | 济南大学 | 一种类管状硼掺杂石墨相氮化碳纳米材料及其制备方法 |
| CN109289888B (zh) * | 2018-09-25 | 2021-07-02 | 河南师范大学 | 一种硼掺杂多孔氮化碳材料的制备方法 |
| CN109569691B (zh) * | 2018-12-23 | 2022-04-05 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 硼掺杂氮化碳的制备方法及其产品和应用 |
| CN110499646B (zh) * | 2019-08-26 | 2021-12-24 | 西北工业大学 | 调控界面空化效应一步制备CuO@碳布柔性电极材料的方法 |
-
2019
- 2019-12-30 CN CN201911388126.XA patent/CN111085236B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111085236A (zh) | 2020-05-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111085236B (zh) | 碳布负载硼掺杂石墨相氮化碳柔性可回收光催化膜的制备方法 | |
| CN108283932B (zh) | 一种C3N4@Ag3PO4/PDA@PVDF仿生复合催化膜的制备及其用途 | |
| CN109704307B (zh) | 一种基于胖大海渣的硫掺杂多孔碳的制备及其应用 | |
| CN112495421B (zh) | 一种氮掺杂碳量子点修饰富氮石墨型氮化碳光催化剂的制备方法 | |
| CN111185210B (zh) | 二碳化三钛/二氧化钛/黑磷纳米片复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN115418225B (zh) | 一种磷掺杂改性碳量子点及其复合光催化剂的制备方法 | |
| CN114392762B (zh) | 一种基于二维MXene纳米结构复合材料及其制备方法 | |
| CN110876953A (zh) | 一种p,s共掺杂氮化碳同型异质结复合光催化剂 | |
| CN105688969A (zh) | 一种光解水制氢催化剂的制备方法 | |
| CN113117718A (zh) | 一种NiCoP-g-C3N4/CdS复合光催化剂、制备方法及其应用 | |
| CN110803695A (zh) | 一种以大型海藻为原料制备石墨烯的方法 | |
| CN109622003B (zh) | 一种g-C3N4@g-C4N3复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN111974432A (zh) | 一种氧掺杂石墨相氮化碳-硫化镉复合材料的制备方法 | |
| CN111604063A (zh) | g-C3N4/In2Se3复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113198501A (zh) | 一种新型TiO2/MXene复合材料的制备方法 | |
| CN115007194A (zh) | 一种非晶硼掺杂氮化碳的制备方法及应用 | |
| CN108927197B (zh) | 一种高催化性能的g-C3N4的制备方法和用途 | |
| CN112191262B (zh) | 棉纤维负载银掺杂氮化碳-二氧化钛复合材料的制备方法 | |
| CN111439732B (zh) | 一种具有良好可见光响应的c6n7氮化碳材料及其制备方法与应用 | |
| CN110227509B (zh) | 一种高效还原对硝基苯酚的碳点/氧化铜/介孔羟基磷灰石催化材料的制备方法 | |
| CN116393155A (zh) | 碳环掺杂的g-C3N4基面内异质结的制备方法及其应用于光重整纤维素 | |
| CN110711599A (zh) | 一种g-C3N4/Bi5O7I复合微球材料及其制备方法 | |
| CN109772401B (zh) | 一种碳环/氮化碳/二氧化钛复合材料、其制备方法及应用 | |
| CN109078636B (zh) | 一种等离子体光催化剂、其制备方法及其在制氢中的应用 | |
| CN112973752A (zh) | 具有低缺陷位的增强π-π共轭效应的石墨相氮化碳材料的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |