一种剥离体相g-C3N4的制备方法及应用
阅读说明：本技术 一种剥离体相g-C3N4的制备方法及应用 (Stripped body phase g-C3N4Preparation method and application of ) 是由 李雪 陶涛 黄宝磊 孙昊 于 2021-01-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种剥离体相g-C-3N-4的制备方法及应用,该方法包括以下步骤,(1)将金属钠缓慢加入醇中持续搅拌2 h,待金属钠反应完全得醇钠溶液；(2)缓慢加入体相g-C-3N-4,加热搅拌进行剥离,抽滤洗涤至中性后干燥即可。该发明降低了剥离后的废液对设备及环境的危害,经过该方法获得的剥离后氮化碳材料,可以作为催化剂在光催化和废水处理中的应用,在可见光条件下降解罗丹明B和亚甲基蓝的效率相比体相氮化碳分别提升了19.5%和17.98%,具有很好的应用效果。(The present invention provides a exfoliated phase g-C 3 N 4 The preparation method comprises the following steps of (1) slowly adding metal sodium into alcohol, and continuously stirring for 2 hours until the metal sodium completely reacts to obtain a sodium alkoxide solution; (2) slowly adding into bulk phase g ‑C 3 N 4 Heating and stirring for stripping, filtering and washing to be neutral, and drying. The invention reduces the harm of the stripped waste liquid to equipment and environment, and the stripped carbon nitride material obtained by the method can be used as a catalyst in photocatalysis and wastewater treatment, and can be applied to photocatalysis and wastewater treatmentThe efficiency of dissolving rhodamine B and methylene blue under the condition of visible light is respectively improved by 19.5 percent and 17.98 percent compared with bulk-phase carbon nitride, and the method has good application effect.)
技术领域
本发明属于氮化碳材料技术领域，具体涉及一种剥离体相g-C3N4的制备方法及应用。
背景技术
自1834年被科学家发现以来，二维(2D)石墨氮化碳(g-C3N4)光催化材料，作为一种很有前途的有机半导体，用于H2生产、污染物处理和CO2还原，由于其独特的光学和电子性质，在光催化、无毒和方便的合成路线中非常重要，引起了极大的关注。氮化碳材料其结构与石墨烯相似，都是由二维碳氮原子层堆叠而成。由简单的高温热聚合法制备的体相g-C3N4存在着紧密的堆积，比表面积小、对可见光响应范围较窄、光生电子－空穴对复合快等缺点，限制了其大规模推广应用。因此受 hummers 法制备氧化石墨烯的启发，采用浓硫酸对氮化碳进行剥离已被应用于制备g-C3N4的纳米片。但是浓硫酸本身具有强氧化性和腐蚀性，对实验操作要求高，且剥离废液对环境危害大。因此本发明探索了一种由乙醇钠剥离氮化碳材料的新方法，为解决氮化碳材料可见光利用率低、难剥离、环境不友好等问题提供了新的方案，表征验证了该方法并没有破坏氮化碳本身的结构，并探究了在可见光条件下剥离前后的氮化碳材料对于可溶性有机染料的去除效果。
发明内容
为解决氮化碳材料可见光利用率低、难剥离、比表面积小等问题，增强氮化碳材料在H2生产、污染物处理和CO2还原等领域的应用，本发明提供了一种由乙醇钠剥离氮化碳材料的新方法，该方法处理后的氮化碳材料可以有效增强可见光条件下对有机染料如亚甲基蓝和罗丹明B的降解效果。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案一种剥离氮化碳的方法，其包括以下步骤，（1）将金属钠缓慢加入醇中持续搅拌2 h，待金属钠反应完全得醇钠溶液；（2）缓慢加入体相g-C3N4得到剥离液，加热搅拌进行剥离，抽滤洗涤至中性后干燥即可。
优选的，步骤（1）中，所述醇包括甲醇、乙醇、叔丁醇中的一种或几种。
优选的，所述体相g-C3N4与金属钠的质量比为1:(1～2)。
优选的，步骤（2）中，所述加热搅拌，其温度为40～80℃，时间为6～12 h。
优选的，步骤（2）中，所述烘干，其为在60 ℃条件下干燥12 h。
优选的，步骤（2）中，所述剥离液的浓度为3～10 g/L。
作为本发明的另一方面，本发明提供一种剥离后氮化碳材料。
作为本发明的另一方面，本发明提供一种剥离后氮化碳材料作为催化剂在光催化和废水处理中的应用。
优选的，所述废水为有机染料废水。
本发明的有益效果：
本发明的所需要的试剂危险性不高且操作过程简单，不需要复杂昂贵的设备。该发明降低了剥离后的废液对设备及环境的危害；通过XRD、红外光谱图、SEM等表征手段确定了本发明制备方法并没有破坏氮化碳材料自身的结构，并且所制备的剥离后的氮化碳材料作为光催化剂在可见光条件下降解罗丹明B和亚甲基蓝的效率相比体相氮化碳分别提升了19.5 %和17.98 %。
附图说明
图1为实施例2制备的乙醇钠剥离前后氮化碳材料的XRD图；
图2为实施例2制备的乙醇钠剥离前后氮化碳材料的SEM图，其中a、b是g-C3N4，是剥离前不同规格下的SEM图片，c、d为乙醇钠剥离g-C3N4不同规格下的SEM图片；
图3为实施例2制备的乙醇钠剥离前后氮化碳材料的傅里叶红外光谱图；
图4为实施例2制备的乙醇钠剥离前后氮化碳材料对罗丹明B的降解效果图，其中前、后分别对应左、右；
图5为实施例2制备的乙醇钠剥离前后氮化碳材料对亚甲基蓝的降解效果图，前、后分别对应左、右；
图6为本发明制备的乙醇钠剥离氮化碳材料的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明中使用的体相g-C3N4材料由以下步骤制得：
以三聚氰胺为原料，以在马弗炉中以10℃/min 升温至400℃保温1h；然后继续升温至550 ℃，保温2 h后待降至室温取出研磨即得。
实施例1
一种新的剥离氮化碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取150 ml 的甲醇加入到250 ml三口烧瓶中，称取1 g的金属钠缓慢加入到甲醇溶液中并持续搅拌6 h，此时有气泡产生，待金属钠反应完全得甲醇钠溶液；
（2）称取1 g 体相g-C3N4材料缓慢加入到步骤（1）的甲醇钠溶液中的混合液，然后放入70 ℃油浴锅中加热回流搅拌剥离12 h。
（3）将步骤（2）的反应混合液抽滤洗涤至中性，然后将固体材料放置烘箱中60 ℃干燥12 h后研磨装瓶即得到甲醇钠剥离氮化碳。
实施例2
一种新的剥离氮化碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取150 ml的无水乙醇加入到250 ml三口烧瓶中，称取1 g的金属钠缓慢加入到无水乙醇中并持续搅拌6 h，此时有气泡产生，待金属钠反应完全得乙醇钠溶液；
（2）称取1 g 体相g-C3N4材料缓慢加入到步骤（1）的乙醇钠溶液中的混合液，此时溶液逐渐变为淡黄色丝滑的牛奶状，然后放入70℃油浴锅中加热回流搅拌剥离12 h。
（3）将步骤（2）的反应混合液抽滤洗涤至中性，然后将固体材料放置烘箱中60 ℃干燥12 h后研磨装瓶即得到乙醇钠剥离氮化碳。
以实施例2的结果分析该剥离方法的效果。由图1的XRD衍射图可以看出剥离前后的氮化碳于27.3°具有相似的衍射峰，表明剥离前后的晶体结构是相同的，对应于氮化碳的（002）晶面，表明该剥离方法未改变氮化碳的晶体结构；图2中的a、b分别为体相氮化碳500nm和5 nm的扫描电子显微镜图，可以看出体相氮化碳材料的块状结构比较明显，类似于石头状；而c、d为乙醇钠剥离后的氮化碳500 nm和5 nm的扫描电镜图，相比较于a、b而言，c、d图中的块状结构明显减小了，并且对于5 nm的图片发现d图的剥离后的氮化碳表现出了疏松的、多褶皱的类似于片状岩的结构，说明了该剥离方法有效改善了体相氮化碳的相貌及片层结构。图3为傅里叶红外光谱图，其中810 cm-1处为对应于三嗪环的弯曲振动的特征吸收峰，890 cm-1为N－H键的振动信号，在1100-1700 cm-1吸收波段表明C－N杂环伸缩振动的吸收[C－N(－C)－C或者C－NH－C]，而3000-3700 cm-1为未缩合的氨基中残留的N－H和来自吸附水分子中的－OH键的振动信号。另外可以看出经过乙醇钠剥离之后的氮化碳的特征吸收峰要更尖锐，表明经过乙醇钠的剥离聚合物的晶体结晶度更好；图4为乙醇钠剥离前后氮化碳材料对罗丹明B的降解效果图，其中左、右图分别为体相氮化碳和乙醇钠剥离后氮化碳降解罗丹明B的效果，可以看出剥离后的氮化碳降解罗丹明B的效果更好，染料溶液脱色的时间更快，说明该剥离方法提升了氮化碳材料的光催化活性；图5中左、右图分别为体相氮化碳和乙醇钠剥离后氮化碳降解亚甲基蓝的效果图，明显看出剥离后的氮化碳材料的降解脱色效果更佳。因此以上的表征测试及实验都表明了该剥离方法可有效提升氮化碳材料的光催化性能。
实施例3
一种新的剥离氮化碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取150 ml 的叔丁醇加入到250 ml三口烧瓶中，称取1 g的金属钠缓慢加入到无水乙醇中并持续搅拌待6 h，此时有气泡产生，待金属钠反应完全得叔丁醇钠溶液；
（2）称取1 g 体相g-C3N4材料缓慢加入到步骤（1）的叔丁醇钠溶液中得混合液在70℃持续搅拌剥离12 h。
（3）将步骤（2）的反应混合液抽滤洗涤至中性，然后将固体材料放置烘箱中60 ℃干燥12 h后研磨装瓶即得到叔丁醇钠剥离氮化碳。
本发明制备的乙醇钠剥离氮化碳材料具有如图6中式I所示的结构。本发明中采用的剥离方法未改变g-C3N4的分子结构，但增强了其降解性能。本发明还提供了上述乙醇钠剥离后氮化碳材料对有机染料罗丹明B和亚甲基蓝的光催化降解的应用，其中染料浓度控制在10 ppm，称取50 mg剥离前后的氮化碳材料加入50 ml的有机染料废水，超声10min使材料与溶液分散均匀后，进行1 h的暗反应达到催化剂对染料溶液的吸附脱附平衡，开灯进行可见光下染料的降解，每隔一段时间抽取4 ml溶液离心并取上清液测定紫外可见吸收光谱。结果见图3-5所示。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。