本發(fā)明涉及光催化，具體為一種夾層結(jié)構(gòu)類(lèi)石墨烯氮化碳/二氧化鈦中空球復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步和當(dāng)代化工產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題，特別是水污染問(wèn)題，已經(jīng)變得日益嚴(yán)峻。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，廢水的處理技術(shù)得到了廣泛的研究和應(yīng)用。目前，廢水的處理方法主要分為物理法、生物法和化學(xué)法三大類(lèi)?；瘜W(xué)法中的半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)因其高效、環(huán)保的特點(diǎn)，成為了廢水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。該技術(shù)利用半導(dǎo)體材料在光照條件下產(chǎn)生的光生電子和空穴，與廢水中的污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。在眾多半導(dǎo)體材料中，二氧化鈦因其氧化能力強(qiáng)、催化活性高以及制備成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于光催化領(lǐng)域。

2、然而，二氧化鈦的可見(jiàn)光響應(yīng)差和光生載流子易復(fù)合等缺點(diǎn)，在很大程度上限制了二氧化鈦的催化活性。為了解決這些問(wèn)題，研究者們一直在探索對(duì)二氧化鈦材料進(jìn)行復(fù)合改性的方法。近年來(lái)，氮化碳/二氧化鈦異質(zhì)結(jié)材料因其具有較強(qiáng)的可見(jiàn)光響應(yīng)能力和催化活性，受到了廣泛關(guān)注，但是氮化碳的嚴(yán)重堆疊現(xiàn)象，以及兩相接觸差等問(wèn)題，嚴(yán)重的阻礙了異質(zhì)結(jié)材料的發(fā)展進(jìn)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種操作簡(jiǎn)便，可重復(fù)率高，且對(duì)染料降解有較高的催化活性的夾層結(jié)構(gòu)類(lèi)石墨烯氮化碳/二氧化鈦中空球復(fù)合材料的制備方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一種夾層結(jié)構(gòu)類(lèi)石墨烯氮化碳/二氧化鈦中空球復(fù)合材料的制備方法，其具體步驟如下：

4、(1)制備鈦礦二氧化鈦包裹二氧化硅(sio2@a-tio2)納米顆粒

5、取二氧化硅納米顆粒超聲分散至無(wú)水乙醇中，加入十六烷基胺和氨水，并滴加鈦酸四丁酯，所述二氧化硅納米顆粒和鈦酸四丁酯的質(zhì)量體積比為4:11g/ml，制備銳鈦礦二氧化鈦包裹二氧化硅納米顆粒；

6、(2)制備二氧化鈦中空球

7、取銳鈦礦二氧化鈦包裹二氧化硅納米顆粒超聲分散至氫氧化鈉溶液中，并在60℃下反應(yīng)3h，得到粗產(chǎn)物；離心分離，洗滌，干燥，得到二氧化鈦中空球；

8、(3)制備類(lèi)石墨烯氮化碳/二氧化鈦中空球復(fù)合材料

9、取三聚氰胺、二氧化鈦中空球和碳酸氫鹽加入到去離子水中，所述三聚氰胺、二氧化鈦中空球和碳酸氫鹽的質(zhì)量比為1:1:1.25，在超聲輔助條件下以300r/min攪拌1h，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除水分，研磨后，在馬弗爐中以500℃-550℃煅燒反應(yīng)3h，冷卻后，研磨成粉末，洗滌，干燥，得到類(lèi)石墨烯氮化碳/二氧化鈦中空球復(fù)合材料。

10、進(jìn)一步地，含氮化合物為三聚氰胺或尿素。

11、進(jìn)一步地，所述二氧化硅納米顆粒是采用采用經(jīng)典的法制備獲得的。

12、進(jìn)一步地優(yōu)選，二氧化硅納米顆粒的制備過(guò)程如下：將去離子水加入無(wú)水乙醇中，攪拌均勻后，然后將氨水倒入燒杯中，所述無(wú)水乙醇與氨水的體積比為18.72:1，攪拌均勻后，滴加硅酸四乙酯，所述硅酸四乙酯與氨水的體積比為5.6:3.125，并在25℃下攪拌反應(yīng)1小時(shí)，得到粗產(chǎn)物，經(jīng)離心分離，洗滌后，在60℃干燥箱內(nèi)干燥，得到二氧化硅納米顆粒。

13、進(jìn)一步地優(yōu)選，所述去離子水與無(wú)水乙醇的體積比為10:58.5。

14、進(jìn)一步地，步驟(3)馬弗爐中煅燒時(shí)，升溫速度為5℃/min。

15、進(jìn)一步地，步驟(2)中氫氧化鈉溶液的濃度為1mol/l。

16、進(jìn)一步地優(yōu)選，按照每克銳鈦礦二氧化鈦包裹二氧化硅納米顆粒加入到60.0ml氫氧化鈉溶液中。

17、進(jìn)一步地，所述碳酸氫鹽為碳酸氫鈉和碳酸氫鉀。

18、本發(fā)明根據(jù)經(jīng)典的法制備粒徑均勻的二氧化硅粒子，以二氧化硅粒子為模板在堿性環(huán)境下與鈦酸四丁酯反應(yīng)，形成氫氧化鈦包覆二氧化硅的核殼復(fù)合材料，產(chǎn)物經(jīng)干燥，煅燒，氫氧化鈉水溶液刻蝕，洗滌及再干燥處理后得到二氧化鈦中空球；在超聲、攪拌的條件下，將三聚氰胺、二氧化鈦中空球和碳酸氫鈉分散至去離子水中，反應(yīng)后，產(chǎn)物經(jīng)干燥，煅燒，洗滌和再干燥處理后得到復(fù)合光催化劑。其有益效果是：

19、(1)相比于傳統(tǒng)制備方法，所需化學(xué)試劑常見(jiàn)易得，設(shè)備操作簡(jiǎn)便，且制備的光催化劑具有較高的催化活性和循環(huán)使用性；

20、(2)通過(guò)構(gòu)建光催化復(fù)合材料，有效擴(kuò)大了氮化碳的層間距，二氧化鈦中空球嵌入氮化碳層間，不僅使兩相充分接觸，還有效的抑制了光生載流子的復(fù)合幾率，從而提高了光催化活性；

21、(3)本發(fā)明的催化復(fù)合材料具有更寬的可見(jiàn)光響應(yīng)范圍，在紫外光的光照條件下發(fā)揮催化作用的同時(shí)，在可見(jiàn)光的光照條件下發(fā)揮催化作用；

22、(4)本發(fā)明的催化復(fù)合材料中的二氧化鈦中空球結(jié)構(gòu)增加了材料的比表面積，從而在光照下具有更多的活性位點(diǎn)，以產(chǎn)生更多的活性物種，進(jìn)一步提高了催化活性；

23、(5)本發(fā)明的復(fù)合材料在光催化降解反應(yīng)中表現(xiàn)出良好的循環(huán)使用性，能夠多次重復(fù)使用而不明顯降低催化活性，降低了使用成本。

24、綜上所述，本發(fā)明提供的夾層結(jié)構(gòu)類(lèi)石墨烯氮化碳/二氧化鈦中空球復(fù)合材料的制備方法具有操作簡(jiǎn)便、催化活性高、拓寬可見(jiàn)光響應(yīng)范圍、提高比表面積以及循環(huán)使用性好的特點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種夾層結(jié)構(gòu)類(lèi)石墨烯氮化碳/二氧化鈦中空球復(fù)合光催化材料的制備方法，其特征是：具體步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾層結(jié)構(gòu)類(lèi)石墨烯氮化碳/二氧化鈦中空球復(fù)合光催化材料的制備方法，其特征是：含氮化合物為三聚氰胺或尿素。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾層結(jié)構(gòu)類(lèi)石墨烯氮化碳/二氧化鈦中空球復(fù)合光催化材料的制備方法，其特征是：所述二氧化硅納米顆粒是采用采用經(jīng)典的法制備獲得的。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的夾層結(jié)構(gòu)類(lèi)石墨烯氮化碳/二氧化鈦中空球復(fù)合光催化材料的制備方法，其特征是：二氧化硅納米顆粒的制備過(guò)程如下：將去離子水加入無(wú)水乙醇中，攪拌均勻后，然后將氨水倒入燒杯中，所述無(wú)水乙醇與氨水的體積比為18.72:1，攪拌均勻后，滴加硅酸四乙酯，所述硅酸四乙酯與氨水的體積比為5.6:3.125，并在25℃下攪拌反應(yīng)1小時(shí)，得到粗產(chǎn)物，經(jīng)離心分離，洗滌后，在60℃干燥箱內(nèi)干燥，得到二氧化硅納米顆粒。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的夾層結(jié)構(gòu)類(lèi)石墨烯氮化碳/二氧化鈦中空球復(fù)合光催化材料的制備方法，其特征是：所述去離子水與無(wú)水乙醇的體積比為10:58.5。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾層結(jié)構(gòu)類(lèi)石墨烯氮化碳/二氧化鈦中空球復(fù)合光催化材料的制備方法，其特征是：步驟(3)馬弗爐中煅燒時(shí)，升溫速度為5℃/min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾層結(jié)構(gòu)類(lèi)石墨烯氮化碳/二氧化鈦中空球復(fù)合光催化材料的制備方法，其特征是：步驟(2)中氫氧化鈉溶液的濃度為1mol/l。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的夾層結(jié)構(gòu)類(lèi)石墨烯氮化碳/二氧化鈦中空球復(fù)合光催化材料的制備方法，其特征是：所述氫氧化鈉溶液的加入量，按照每克銳鈦礦二氧化鈦包裹二氧化硅納米顆粒加入60.0ml氫氧化鈉溶液。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾層結(jié)構(gòu)類(lèi)石墨烯氮化碳/二氧化鈦中空球復(fù)合光催化材料的制備方法，其特征是：所述碳酸氫鹽為碳酸氫鈉和碳酸氫鉀。

技術(shù)總結(jié)
一種夾層結(jié)構(gòu)類(lèi)石墨烯氮化碳/二氧化鈦中空球復(fù)合材料的制備方法，取銳鈦礦二氧化鈦包裹二氧化硅納米顆粒超聲分散至氫氧化鈉溶液中，并在60℃下反應(yīng)3h，得到粗產(chǎn)物；離心分離，洗滌，干燥，得到二氧化鈦中空球；取三聚氰胺、二氧化鈦中空球和碳酸氫鹽加入到去離子水中，在超聲輔助條件下以300r/min攪拌1h，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除水分，研磨后，在馬弗爐中以500℃?550℃煅燒反應(yīng)3h，冷卻后，研磨成粉末，洗滌，干燥，得到產(chǎn)品。優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明提供的夾層結(jié)構(gòu)類(lèi)石墨烯氮化碳/二氧化鈦中空球復(fù)合材料的制備方法具有操作簡(jiǎn)便、催化活性高、拓寬可見(jiàn)光響應(yīng)范圍、提高比表面積以及循環(huán)使用性好的特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：李澤林
受保護(hù)的技術(shù)使用者：遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15