氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光催化復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用，具體涉及到一種氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，越來(lái)越多的有機(jī)染料大量應(yīng)用于紡織〃印染〃皮革〃食品和日用化學(xué)品等產(chǎn)業(yè)中。盡管染料的出現(xiàn)使得我們的世界變得五彩繽紛，但是由于其使用量巨大，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量含有毒性的工業(yè)廢水，未經(jīng)妥善處理直接排入水體將會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。而且部分染料還具有潛在的致癌性，進(jìn)入食物鏈后會(huì)直接危害人畜健康。傳統(tǒng)上，物理-化學(xué)方法、電化學(xué)法，生物法等被用來(lái)進(jìn)行染料廢水的處理。但是具有去除效率低，造成二次污染，費(fèi)用高的缺點(diǎn)?？紤]到環(huán)境效益，用可見(jiàn)光降解染料作為一種綠色技術(shù)引起了越來(lái)越高的重視。
[0003]近年來(lái)，半導(dǎo)體光催化材料在環(huán)境、材料、能源等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為了提高太陽(yáng)能的利用效率，光催化材料必須具備兩大條件:合適的可以很好的響應(yīng)太陽(yáng)光的帶隙以及較低的電子空穴重組率。硫化銻(Sb2S3)作為一種禁帶寬度在1.5-1.7eV的半導(dǎo)體材料，其在光催化領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。Sb4O5Cldt為銻的一種氯氧化物，其較寬的帶隙(3.25ev)很適合用來(lái)修飾窄帶隙半導(dǎo)體材料以提高其光催化性能，但由于Sb4O5Cl2的制備比較困難，很少被研宄。
[0004]g_C3N4，一種新型無(wú)金屬聚合物，具有層狀結(jié)構(gòu)，原材料廉價(jià)及制備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在生物、催化和能源儲(chǔ)備方面得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。另外，利用g_C3N4光催化降解環(huán)境中的有機(jī)污染物的研宄也日益增多，但是單純的氮化碳材料存在的光生電子和空穴容易復(fù)合以及對(duì)可見(jiàn)光的吸收效率低等問(wèn)題，這不利于提高復(fù)合物的光催化性能。迄今為止，水熱合成氮化碳-硫化銻/氯氧化銻(g-C3N4_Sb2S3/Sb405Cl2)復(fù)合材料尚未被報(bào)道，因此，開(kāi)發(fā)和提供一種制備工藝簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良的g-C3N4_Sb2S3/Sb405Cl2復(fù)合材料非常必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種成本低、易操作且綠色環(huán)保，具有優(yōu)越的光催化性能的氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復(fù)合材料，還提供了一種制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、具有很好的環(huán)保效益的氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復(fù)合材料的制備方法以及該氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復(fù)合材料在降解染料廢水中的應(yīng)用。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種氮化碳-硫化銻/氯氧化銻(g-C3N4-Sb2S3/Sb405Cl2)復(fù)合材料，所述氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復(fù)合材料包括氮化碳(g_C3N4)和硫化銻/氯氧化銻(SCL)微球，所述硫化銻/氯氧化銻微球由硫化銻和氯氧化銻組成，所述氮化碳沉積于所述硫化銻/氯氧化銻微球球體表面構(gòu)成三維微球狀復(fù)合材料。
[0008]上述的氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復(fù)合材料中，優(yōu)選的，所述氮化碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.8%?25%。
[0009]作為本發(fā)明的同一技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0010]S1、取氮化碳粉體超聲分散于堿液中，得到分散液，然后與SbCI3S液混合，得到混合溶液。堿液的作用為分散氮化碳，同時(shí)有效的調(diào)控混合溶液的鹽酸濃度。
[0011]S2、將Na2S溶液逐滴加入到步驟SI的混合溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復(fù)合材料。
[0012]上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述水熱反應(yīng)的溫度為100°C?150°C，時(shí)間為8h?12h0
[0013]上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述氮化碳粉體、所述SbCl3溶液和所述Na2S溶液的比值為 85mg ?567mg: 25ml: 15ml。
[0014]上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述SbCl3溶液的質(zhì)量濃度為0.080g/ml?0.095g/ml ;所述Na2S溶液的質(zhì)量濃度為0.078g/ml?
[0015]上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述SbCl3溶液由SbCl 3溶解于鹽酸溶液中制備得到，所述鹽酸溶液中鹽酸與水的體積比為2: 3?I。
[0016]上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟SI中，所述混合溶液的pH值為I?2 ;所述堿液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液，所述堿液的濃度為2mol/L?4mol/L。
[0017]作為本發(fā)明的同一技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種上述氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復(fù)合材料或上述制備方法制得的氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復(fù)合材料在降解染料廢水中的應(yīng)用。
[0018]上述的應(yīng)用中，優(yōu)選的，包括以下步驟:將所述氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復(fù)合材料添加到染料廢水中進(jìn)行光催化反應(yīng)，完成對(duì)染料廢水的降解。
[0019]上述的應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復(fù)合材料的添加量為50mg ?lOOmg/lOOml。
[0020]上述的應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述染料廢水為甲基橙染料廢水。
[0021]上述的應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述染料廢水的濃度為15mg/L?30mg/L。
[0022]上述的應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述光催化反應(yīng)的時(shí)間為0.5h?lh。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0024]1、本發(fā)明的氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復(fù)合材料，包括氮化碳(g_C3N4)和硫化銻/氯氧化銻(SCL)微球，其中氮化碳顆粒粒徑較小，沉積在硫化銻/氯氧化銻微球球體表面，與硫化銻/氯氧化銻微球結(jié)合牢固。因此與其它半導(dǎo)體材料進(jìn)行復(fù)合去改善SCL的光催化性能被認(rèn)為是一個(gè)很好的策略。硫化銻/氯氧化銻(SCL)微球有比較低的光電轉(zhuǎn)換效率，本發(fā)明通過(guò)將氮化碳和硫化銻/氯氧化銻半導(dǎo)體構(gòu)建異質(zhì)結(jié)材料，不僅能有效的降低光生電子和空穴的復(fù)合，而且不同性質(zhì)的半導(dǎo)體還能產(chǎn)生協(xié)同作用，同時(shí)保持了硫化銻對(duì)太陽(yáng)光強(qiáng)的響應(yīng)能力的優(yōu)良特性。本發(fā)明的氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復(fù)合材料為三維微球狀復(fù)合材料，相比于二維材料，其優(yōu)勢(shì)在于有效的提高了材料的比表面積以及光催化活性位點(diǎn)。本發(fā)明的氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復(fù)合材料能夠克服單純的SCL材料存在的光電轉(zhuǎn)化效率低的問(wèn)題，同時(shí)也能夠克服單純的氮化碳材料存在的光生電子和空穴容易復(fù)合以及對(duì)可見(jiàn)光的吸收效率低等問(wèn)題，具有優(yōu)越的光催化性能。
[0025]2、本發(fā)明氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復(fù)合材料中，隨著氮化碳含量的增加，有效增加了可見(jiàn)光下的吸收強(qiáng)度，降低了光生電子-空穴的復(fù)合速率，光催化性能明顯提高，但是當(dāng)加入的氮化碳過(guò)量時(shí)，過(guò)量的氮化碳將降低氮化碳和SCL球體的異質(zhì)結(jié)表面的接觸，反而會(huì)降低光催化的性能。相比較而言，單純的SCL在I小時(shí)內(nèi)降解甲基橙的效率為52%，而加入氣化碳后，降解效率尚達(dá)95%。
[0026]3、本發(fā)明首次采用水熱法合成g-C3N4-Sb2S3/Sb405Cl2復(fù)合材料，其反應(yīng)條件容易控制、操作方法簡(jiǎn)單，且制備過(guò)程中沒(méi)有使用任何有機(jī)溶劑，具有很好的環(huán)保效益。
[0027]水熱反應(yīng)中主要的化學(xué)反應(yīng)方程式為:
[0028]4SbCl3+5H20 — Sb405Cl2+10HCl (I)
[0029]Sb405Cl2+C3N4— C 3N4_Sb405Cl2 (2)
[0030]6S2>Sb405Cl2— 2Sb 2S3+502>2Cr (3)
[0031]nC3N4-Sb2S3+mC3N4-Sb405Cl2—C 3N4-Sb2S3/Sb405Cl2復(fù)合物 (4)。
[0032]4、本發(fā)明的制備方法中，通過(guò)有效控制分散液和SbCl3溶液的混合溶液中的鹽酸濃度，使混合溶液的PH值為I?2，確保生成313405(:12;而堿液主要用于分散氮化碳，同時(shí)有效控制混合溶液中鹽酸的濃度以及中和的過(guò)程中晶體生長(zhǎng)的大小和方向，以確保材料復(fù)合成功，進(jìn)而制備出三維微球狀的復(fù)合材料。
[0033]5、本發(fā)明的氮化碳-硫化銻/氯氧化銻復(fù)合材料在可見(jiàn)光下具有很好的光催化性能，可廣泛用于光降解染料廢水領(lǐng)域，特別適用于光降解甲基橙染料廢水，具有成本低、工藝簡(jiǎn)單、操作便捷、催化效率高且綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0034]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。
[0035]圖1為本發(fā)明實(shí)施例2