一种螺旋结构C3N4纳米纤维光催化剂的制备方法

摘要

一种螺旋结构C3N4纳米纤维光催化剂的制备方法，属于纳米复合材料的制备及环境治理技术领域。包括以下步骤：1)三聚氰胺、铜盐与硼氢化钠加入60～80℃去离子水中，得到混合液；2)混合液放置于微波反应器中，在Ar或N2保护下进行微波反应，反应功率为3000～4000W，反应时间为40～60min，得到絮状产物；3)将絮状产物中的Cu去除。本发明制备得到的螺旋结构的C3N4纳米纤维具有多层管螺旋缠绕架构和较高的比表面积；作为光催化剂应用，利用其在可见光照射下降解亚甲基蓝等有害物质，在环境净化和清洁能源生产中具有重要的实际应用价值。

权利要求

1.一种螺旋结构C3N4纳米纤维光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将三聚氰胺、铜盐与硼氢化钠加入60～80℃的去离子水中，得到混合液；混合液中，三聚氰胺的浓度为10～30g/L，铜盐的浓度为1～3g/L，硼氢化钠的浓度为1～3g/L；所述铜盐为酒石酸铜或乙二胺四乙酸铜；

步骤2、将步骤1得到的混合液放置于微波反应器中，在Ar或N2气流保护下进行微波反应，微波反应器的反应功率为3000～4000W，微波反应的时间为40～60min，反应完成后，得到絮状产物；

步骤3、将步骤2得到的絮状产物加入1mol/L的HCl和1mol/L H2O2的混合溶液中，HCl和H2O2的体积比为1:1，搅拌20～40min；然后用去离子水超声，干燥，得到所述螺旋结构C3N4纳米纤维。

说明书

一种螺旋结构C3N4纳米纤维光催化剂的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于纳米复合材料的制备及环境治理技术领域，具体涉及一种螺旋结构C3N4纳米纤维光催化剂的制备方法。

背景技术

[0002] 随着工业化的高速发展，人类社会所面临的能源危机和环境污染等问题日益严重。光催化作为一种极有前景的技术，在解决环境污染方面有广阔的应用。氮化碳(C3N4)作
为一种新兴的非金属聚合物半导体材料，由于其适宜的带隙宽度 (2.7eV)、良好的热化学
稳定性等特点，在光催化领域受到了国内外研究者的青睐，被应用于光催化降解有机污染
物和光解水等领域。

[0003] 目前大量的研究表明：C3N4的物化与其微观结构密切相关。申请号为 201610880471.5的中国发明专利公布了一种多孔g‑C3N4纳米片光催化剂的制备方法，其将
三聚氰胺和草酸分别溶解在水中，将两者混合后得到的白色沉淀退火，即得到多孔片状C3N4
材料。申请号为201710942156.5的中国发明专利公布了一种高效空心管状C3N4光催化剂的
制备方法，其利用泡沫镍为模板，催化双氰胺合成了空心管状C3N4光催化剂。申请号为
201911344570.1的中国发明专利公布了一种C3N4纳米卷的制备方法，其通过热氧化剥离与
物理超声剥离法相结合的方法，合成了纳米片状的C3N4；再以异丙醇为诱导剂，在恒温真空
条件下，诱导生成C3N4纳米卷。螺旋结构的纳米纤维具有一维线性结构，同时螺旋结构能够
增大纳米材料的比表面积，是光催化剂的一种理想的结构形貌。因此，开发螺旋结构的C3N4
纳米纤维的合成方法，能够促进C3N4材料在光催化领域的应用。

发明内容

[0004] 为了提高C3N4光催化剂的催化活性，本发明提供了一种螺旋结构C3N4纳米纤维光催化剂的制备方法，制备工艺简单，得到的C3N4光催化剂具有良好的可见光催化活性。

[0005] 本发明采用的技术方案如下：

[0006] 一种螺旋结构C3N4纳米纤维光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0007] 步骤1、将三聚氰胺、铜盐与硼氢化钠加入60～80℃去离子水中，得到混合液；混合液中，三聚氰胺的浓度为10～30g/L，铜盐的浓度为1～3g/L，硼氢化钠的浓度为1～3g/L；

[0008] 步骤2、将步骤1得到的混合液放置于微波反应器中，在Ar或N2气流保护下进行微波反应，微波反应器的反应功率为3000～4000W，微波反应的时间为 40～60min，反应完成
后，得到絮状产物；

[0009] 步骤3、将步骤2得到的絮状产物加入1mol/L的HCl和1mol/L H2O2的混合溶液中，HCl和H2O2的体积比为1:1，搅拌20～40min；然后用去离子水超声，干燥，得到所述螺旋结构
C3N4纳米纤维。

[0010] 进一步地，步骤1所述铜盐为酒石酸铜或乙二胺四乙酸铜。

[0011] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：

[0012] 本发明提供了一种螺旋结构C3N4纳米纤维光催化剂的制备方法，制备得到的螺旋结构的C3N4纳米纤维具有多层管螺旋缠绕架构和较高的比表面积；作为光催化剂应用，利用
其在可见光照射下降解亚甲基蓝等有害物质，在环境净化和清洁能源生产中具有重要的实
际应用价值。

附图说明

[0013] 图1为实施例1制备的螺旋结构C3N4纳米纤维的X射线衍射图；

[0014] 图2为实施例3制备的螺旋结构C3N4纳米纤维的X射线衍射图；

[0015] 图3为实施例1制备的螺旋结构C3N4纳米纤维的SEM图；

[0016] 图4为实施例3制备的螺旋结构C3N4纳米纤维的SEM图；

[0017] 图5为实施例1制备的螺旋结构C3N4纳米纤维光催化剂在可见光(λ＞420nm) 下，降解亚甲基蓝的降解速率；

[0018] 图6为实施例2制备的螺旋结构C3N4纳米纤维光催化剂在可见光(λ＞420nm) 下，降解亚甲基蓝的降解速率；

[0019] 图7为实施例3制备的螺旋结构C3N4纳米纤维光催化剂在可见光(λ＞420nm) 下，降解亚甲基蓝的降解速率。

具体实施方式

[0020] 下面通过具体实施例对本发明做进一步的解释和说明。

[0021] 一种螺旋结构C3N4纳米纤维光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0022] 步骤1、将三聚氰胺、铜盐与硼氢化钠加入60～80℃去离子水中，得到混合液；混合液中，三聚氰胺的浓度为10～30g/L，铜盐的浓度为1～3g/L，硼氢化钠的浓度为1～3g/L；

[0023] 步骤2、将步骤1得到的混合液放置于微波反应器中，在Ar或N2气流保护下进行微波反应，微波反应器的反应功率为3000～4000W，微波反应的时间为 40～60min，反应完成
后，得到絮状产物；

[0024] 步骤3、将步骤2得到的絮状产物加入1mol/L的HCl和1mol/L H2O2的混合溶液中，HCl和H2O2的体积比为1:1，搅拌20～40min；然后用去离子水彻底洗涤以除去Cu物质，最后在
60℃下干燥，得到所述螺旋结构C3N4纳米纤维。

[0025] 在下述实施例中所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

[0026] 本发明下述实施例中使用的三聚氰胺、酒石酸铜、乙二胺四乙酸铜、双氧水、硼氢化钠、浓盐酸均为市售分析纯；目标降解物亚甲基蓝为分析纯，去离子水为自制。

[0027] 实施例1

[0028] 一种螺旋结构C3N4纳米纤维光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

[0029] 步骤1、将三聚氰胺、酒石酸铜与硼氢化钠加入80℃的100mL去离子水中，得到混合液；混合液中，三聚氰胺的浓度为30g/L，酒石酸铜的浓度为3g/L，硼氢化钠的浓度为3g/L；

[0030] 步骤2、将步骤1得到的混合液放置于微波反应器中，在Ar气流保护下进行微波反应，微波反应器的反应功率为3000W，微波反应的时间为60min，反应完成后，得到絮状产物；

[0031] 步骤3、将步骤2得到的絮状产物加入1mol/L的HCl和1mol/L H2O2的混合溶液中，HCl和H2O2的体积比为1:1，搅拌30min；然后用去离子水超声以除去 Cu物质；干燥，即可得到
所述螺旋结构C3N4纳米纤维。

[0032] 实施例2

[0033] 一种螺旋结构C3N4纳米纤维光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

[0034] 步骤1、将三聚氰胺、乙二胺四乙酸铜与硼氢化钠加入60℃的100mL去离子水中，得到混合液；混合液中，三聚氰胺的浓度为20g/L，乙二胺四乙酸铜的浓度为2g/L，硼氢化钠的
浓度为2g/L；

[0035] 步骤2、将步骤1得到的混合液放置于微波反应器中，在Ar气流保护下进行微波反应，微波反应器的反应功率为3500W，微波反应的时间为40min，反应完成后，得到絮状产物；

[0036] 步骤3、将步骤2得到的絮状产物加入1mol/L的HCl和1mol/L H2O2的混合溶液中，HCl和H2O2的体积比为1:1，搅拌40min；然后用去离子水超声以除去 Cu物质；干燥，即可得到
所述螺旋结构C3N4纳米纤维。

[0037] 实施例3

[0038] 一种螺旋结构C3N4纳米纤维光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

[0039] 步骤1、将三聚氰胺、酒石酸铜与硼氢化钠加入70℃的100mL去离子水中，得到混合液；混合液中，三聚氰胺的浓度为10g/L，酒石酸铜的浓度为1g/L，硼氢化钠的浓度为1g/L；

[0040] 步骤2、将步骤1得到的混合液放置于微波反应器中，在N2气流保护下进行微波反应，微波反应器的反应功率为4000W，微波反应的时间为50min，反应完成后，得到絮状产物；

[0041] 步骤3、将步骤2得到的絮状产物加入1mol/L的HCl和1mol/L H2O2的混合溶液中，HCl和H2O2的体积比为1:1，搅拌30min；然后用去离子水超声以除去 Cu物质；干燥，即可得到
所述螺旋结构C3N4纳米纤维。

[0042] 图1为实施例1制备的螺旋结构C3N4纳米纤维的X射线衍射图；由图1可知，实施例1制备的纳米纤维在12.8°和27.8°的两个衍射峰，为C3N4的特征衍射峰，表明成功得到了C3N4
材料。

[0043] 图2为实施例3制备的螺旋结构C3N4纳米纤维的X射线衍射图；由图2可知，实施例3制备的螺旋结构C3N4纳米纤维在12.8°和27.8°的两个衍射峰，为 C3N4的特征衍射峰，表明
成功得到了C3N4材料，且在同一入射强度下，C3N4衍射峰的强度明显强于实施例1产物衍射
峰的强度，表明实施例3形成的C3N4材料晶化程度更高。

[0044] 图3为实施例1制备的螺旋结构C3N4纳米纤维的SEM图；由图3可知，得到的C3N4螺旋纳米纤维结构，螺旋之间间距较小，呈密堆积形态。

[0045] 图4为实施例3制备的螺旋结构C3N4纳米纤维的SEM图；由图4可知，得到的C3N4螺旋纳米纤维结构，螺旋之间间距较大。

[0046] 图5为实施例1制备的螺旋结构C3N4纳米纤维光催化剂在可见光(λ＞420nm) 下，降解亚甲基蓝的降解速率；由图5可知，得到的螺旋结构C3N4纳米纤维具有较好的可见光降解
有机污染物的性能，在120min内，能够将亚甲基蓝的浓度降低到原来的50％左右。

[0047] 图6为实施例2制备的螺旋结构C3N4纳米纤维光催化剂在可见光(λ＞420nm) 下，降解亚甲基蓝的降解速率；由图6可知，得到的螺旋结构C3N4纳米纤维具有较好的可见光降解
有机污染物的性能，10min内能够将有机污染物的浓度降低到原来浓度的85％左右。

[0048] 图7为实施例3制备的螺旋结构C3N4纳米纤维光催化剂在可见光(λ＞420nm) 下，降解亚甲基蓝的降解速率；由图7可知，得到的螺旋结构C3N4纳米纤维具有较好的可见光降解
有机污染物的性能，10min内能够将有机污染物的浓度降低到原来浓度的83％左右；在
120min内有机污染物的浓度降低到原来浓度的46％左右。