本发明涉及光催化降解
技术领域：
，具体为一种mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料的制法和应用。
背景技术：
：水污染、大气污染、噪声污染和固体废物污染是当代社会的四大污染，其中水污染问题最为严重，污染最大，严重破坏了生态环境，水污染主要是工业废水和生活污水等随意排放，污染性较大的污染物是有机染料、有机溶剂、抗生素等有机污染物，如亚甲基蓝、甲基橙、乙二醇、苯、四环素等，目前对于有机污染物的处理方法主要是物理吸附法、化学吸附法、氧化还原法等，光催化降解是一种新型高效的有机污染物处理方法。石墨相氮化碳g-c3n4是一种性能优良的光催化材料，具有无毒无污染、来源广泛、制备方法简单等优点，在光催化降解、光催化产氢等方面具有重要的研究和应用，但是g-c3n4的比表面积不高，对光能的利用率很大，并且g-c3n4的光生载流子很容易复合，导致其光催化活性大大降低，影响了其光催化降解性能，而纳米mno2与g-c3n4的能带相匹配，两者复合可以形成异质结结构，有利于缓解光生载流子的复合问题。(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供了一种mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料的制法和应用，解决了g-c3n4对光能的利用率较低，并且光生载流子容易复合的问题。(二)技术方案为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料，所述一种mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料的制法包括以下步骤：(1)向反应瓶中加入三聚氰胺和浓硝酸，在80-90℃，匀速搅拌直至溶液蒸干，将固体产物在电阻炉中，升温至540-580℃，保温煅烧4-5h，得到氮缺陷型g-c3n4。(2)向反应瓶中加入蒸馏水和氮缺陷型g-c3n4，分散均匀后滴加浓硫酸，在氮气氛围中，先在30-40℃下，预活化12-24h，然后升温至60-80℃，活化反应2-6h，再将溶液倒入水热反应釜中，并放入反应箱中加热至150-180℃，反应10-20h，离心分离，蒸馏水洗涤直至中性，得到氮缺陷型多孔g-c3n4。(3)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、氮缺陷型多孔g-c3n4、高锰酸钾和十二烷基硫酸钠，分散均匀后将溶液倒入水热反应釜中，并放入反应箱中，进行水热反应，冷却、过滤溶剂，蒸馏水洗涤干净，得到mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料，应用于光催化降解有机污染物和水污染处理方面。优选的，所述步骤(2)中的氮缺陷型g-c3n4和浓硫酸的质量比为10:15-40。优选的，所述步骤(2)中的反应箱包括加热片，反应箱内部下方固定连接有电机，电机活动连接有旋转杆，旋转杆固定连接有底座，底座上方设置有水热反应釜，底座上方固定连接有轮齿，轮齿与转动齿轮活动连接，转动齿轮活动连接有卡块。优选的，所述步骤(3)中的缺陷型多孔g-c3n4、高锰酸钾和十二烷基硫酸钠的质量比为100:15-25:2-3。优选的，所述步骤(4)中的水热反应条件为150-170℃下，反应6-12h。附图说明图1是反应箱结构示意图；图2是卡块结构示意图；图3是卡块调节示意图。1-反应箱；2-加热片；3-电机；4-旋转杆；5-底座；6-水热反应釜；7-轮齿；8-转动齿轮；9-卡块。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本发明具备以下化学实验原理和有益技术效果：该一种mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料，氮缺陷型g-c3n4含有丰富的氮空位，可以作为光生电子的捕获陷阱，改善光生电子和空穴的复合问题，进一步通过浓硫酸刻蚀活化，形成丰富孔隙结构，得到氮缺陷型多孔g-c3n4，具有更高的比表面积，可以提高对光能的利用率。该一种mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料，以十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，高锰酸钾水热还原，在氮缺陷型多孔g-c3n4表面和孔隙中生成纳米花状mno2，纳米mno2独特的花状形貌比表面积更大，光化学活性位点更多，同时纳米花状mno2与氮缺陷型多孔g-c3n4同属于n-型半导体，两者能带相匹配，形成z性异质结，当光辐射在复合光催化材料上时，纳米花状mno2导带的光生电子向氮缺陷型多孔g-c3n4的价带迁移，与其价带上的空穴复合，而纳米花状mno2的空穴则留在价带上，氮缺陷型多孔g-c3n4的光生电子留在导带上，实现了光生载流子的高效分离，避免了光生电子和空穴的重组和复合，进一步大量的光生电子和空穴，与氧气和水反应生成活性极强的超氧自由基和羟基自由基，对亚甲基蓝等有机染料，以及四环素等抗生素发生很强氧化还原反应，将其降解为无污染的小分子，从而实现高效的光催化降解过程。具体实施方式为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料，制法包括以下步骤：(1)向反应瓶中加入三聚氰胺和浓硝酸，在80-90℃，匀速搅拌直至溶液蒸干，将固体产物在电阻炉中，升温至540-580℃，保温煅烧4-5h，得到氮缺陷型g-c3n4。(2)向反应瓶中加入蒸馏水和氮缺陷型g-c3n4，分散均匀后滴加浓硫酸，控制氮缺陷型g-c3n4和浓硫酸的质量比为10:15-40，在氮气氛围中，先在30-40℃下，预活化12-24h，然后升温至60-80℃，活化反应2-6h，再将溶液倒入水热反应釜中，并放入反应箱中，反应箱包括加热片，反应箱内部下方固定连接有电机，电机活动连接有旋转杆，旋转杆固定连接有底座，底座上方设置有水热反应釜，底座上方固定连接有轮齿，轮齿与转动齿轮活动连接，转动齿轮活动连接有卡块，加热至150-180℃，反应10-20h，离心分离，蒸馏水洗涤直至中性，得到氮缺陷型多孔g-c3n4。(3)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、质量比为100:15-25:2-3的氮缺陷型多孔g-c3n4、高锰酸钾和十二烷基硫酸钠，分散均匀后将溶液倒入水热反应釜中，并放入反应箱中，在150-170℃下，进行水热反应6-12h，冷却、过滤溶剂，蒸馏水洗涤干净，得到mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料，应用于光催化降解有机污染物和水污染处理方面。实施例1(1)向反应瓶中加入三聚氰胺和浓硝酸，在80℃，匀速搅拌直至溶液蒸干，将固体产物在电阻炉中，升温至540℃，保温煅烧4h，得到氮缺陷型g-c3n4。(2)向反应瓶中加入蒸馏水和氮缺陷型g-c3n4，分散均匀后滴加浓硫酸，控制氮缺陷型g-c3n4和浓硫酸的质量比为10:15，在氮气氛围中，先在30℃下，预活化12h，然后升温至60℃，活化反应2h，再将溶液倒入水热反应釜中，并放入反应箱中，反应箱包括加热片，反应箱内部下方固定连接有电机，电机活动连接有旋转杆，旋转杆固定连接有底座，底座上方设置有水热反应釜，底座上方固定连接有轮齿，轮齿与转动齿轮活动连接，转动齿轮活动连接有卡块，加热至150℃，反应10h，离心分离，蒸馏水洗涤直至中性，得到氮缺陷型多孔g-c3n4。(3)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、质量比为100:15:2的氮缺陷型多孔g-c3n4、高锰酸钾和十二烷基硫酸钠，分散均匀后将溶液倒入水热反应釜中，并放入反应箱中，在150℃下，进行水热反应6h，冷却、过滤溶剂，蒸馏水洗涤干净，得到纳米花状mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料。实施例2(1)向反应瓶中加入三聚氰胺和浓硝酸，在90℃，匀速搅拌直至溶液蒸干，将固体产物在电阻炉中，升温至560℃，保温煅烧5h，得到氮缺陷型g-c3n4。(2)向反应瓶中加入蒸馏水和氮缺陷型g-c3n4，分散均匀后滴加浓硫酸，控制氮缺陷型g-c3n4和浓硫酸的质量比为10:25，在氮气氛围中，先在35℃下，预活化18h，然后升温至70℃，活化反应4h，再将溶液倒入水热反应釜中，并放入反应箱中，反应箱包括加热片，反应箱内部下方固定连接有电机，电机活动连接有旋转杆，旋转杆固定连接有底座，底座上方设置有水热反应釜，底座上方固定连接有轮齿，轮齿与转动齿轮活动连接，转动齿轮活动连接有卡块，加热至150-180℃，反应15h，离心分离，蒸馏水洗涤直至中性，得到氮缺陷型多孔g-c3n4。(3)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、质量比为100:18:2.3的氮缺陷型多孔g-c3n4、高锰酸钾和十二烷基硫酸钠，分散均匀后将溶液倒入水热反应釜中，并放入反应箱中，在170℃下，进行水热反应8h，冷却、过滤溶剂，蒸馏水洗涤干净，得到纳米花状mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料。实施例3(1)向反应瓶中加入三聚氰胺和浓硝酸，在85℃，匀速搅拌直至溶液蒸干，将固体产物在电阻炉中，升温至550℃，保温煅烧4.5h，得到氮缺陷型g-c3n4。(2)向反应瓶中加入蒸馏水和氮缺陷型g-c3n4，分散均匀后滴加浓硫酸，控制氮缺陷型g-c3n4和浓硫酸的质量比为10:32，在氮气氛围中，先在40℃下，预活化18h，然后升温至70℃，活化反应4h，再将溶液倒入水热反应釜中，并放入反应箱中，反应箱包括加热片，反应箱内部下方固定连接有电机，电机活动连接有旋转杆，旋转杆固定连接有底座，底座上方设置有水热反应釜，底座上方固定连接有轮齿，轮齿与转动齿轮活动连接，转动齿轮活动连接有卡块，加热至170℃，反应15h，离心分离，蒸馏水洗涤直至中性，得到氮缺陷型多孔g-c3n4。(3)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、质量比为100:22:2.8的氮缺陷型多孔g-c3n4、高锰酸钾和十二烷基硫酸钠，分散均匀后将溶液倒入水热反应釜中，并放入反应箱中，在160℃下，进行水热反应10h，冷却、过滤溶剂，蒸馏水洗涤干净，得到mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料。实施例4(1)向反应瓶中加入三聚氰胺和浓硝酸，在90℃，匀速搅拌直至溶液蒸干，将固体产物在电阻炉中，升温至580℃，保温煅烧5h，得到氮缺陷型g-c3n4。(2)向反应瓶中加入蒸馏水和氮缺陷型g-c3n4，分散均匀后滴加浓硫酸，控制氮缺陷型g-c3n4和浓硫酸的质量比为10:40，在氮气氛围中，先在40℃下，预活化24h，然后升温至80℃，活化反应6h，再将溶液倒入水热反应釜中，并放入反应箱中，反应箱包括加热片，反应箱内部下方固定连接有电机，电机活动连接有旋转杆，旋转杆固定连接有底座，底座上方设置有水热反应釜，底座上方固定连接有轮齿，轮齿与转动齿轮活动连接，转动齿轮活动连接有卡块，加热至180℃，反应20h，离心分离，蒸馏水洗涤直至中性，得到氮缺陷型多孔g-c3n4。(3)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、质量比为100:25:3的氮缺陷型多孔g-c3n4、高锰酸钾和十二烷基硫酸钠，分散均匀后将溶液倒入水热反应釜中，并放入反应箱中，在170℃下，进行水热反应12h，冷却、过滤溶剂，蒸馏水洗涤干净，得到纳米花状mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料。对比例1(1)向反应瓶中加入三聚氰胺和浓硝酸，在80℃，匀速搅拌直至溶液蒸干，将固体产物在电阻炉中，升温至540℃，保温煅烧5h，得到氮缺陷型g-c3n4。(2)向反应瓶中加入蒸馏水和氮缺陷型g-c3n4，分散均匀后滴加浓硫酸，控制氮缺陷型g-c3n4和浓硫酸的质量比为1:1，在氮气氛围中，先在40℃下，预活化18h，然后升温至80℃，活化反应4h，再将溶液倒入水热反应釜中，并放入反应箱中，反应箱包括加热片，反应箱内部下方固定连接有电机，电机活动连接有旋转杆，旋转杆固定连接有底座，底座上方设置有水热反应釜，底座上方固定连接有轮齿，轮齿与转动齿轮活动连接，转动齿轮活动连接有卡块，加热至160℃，反应20h，离心分离，蒸馏水洗涤直至中性，得到氮缺陷型多孔g-c3n4。(3)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、质量比为100:10:1.6的氮缺陷型多孔g-c3n4、高锰酸钾和十二烷基硫酸钠，分散均匀后将溶液倒入水热反应釜中，并放入反应箱中，在165℃下，进行水热反应12h，冷却、过滤溶剂，蒸馏水洗涤干净，得到纳米花状mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料。向浓度为1％的亚甲基蓝溶液中加入mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料，控制光催化材料的浓度为5％，以50w氙灯作为光源，照射3h，使用u-t9紫外可见分光光度计检测溶液中剩余的亚甲基蓝的吸光度和浓度，降解率为(亚甲基蓝初始浓度-剩余浓度)/亚甲基蓝初始浓度×100％，测试标准为gb/t23762-2020。测试初始浓度(％)剩余浓度(％)降解率(％)实施例110.01998.1实施例210.00799.3实施例310.00499.6实施例410.01798.3对比例110.18281.8向浓度为0.5％的四环素溶液中加入mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料，控制光催化材料的浓度为3％，以50w氙灯作为光源，照射12h，使用u-t9紫外可见分光光度计检测溶液中剩余的四环素的吸光度和浓度，降解率为(四环素初始浓度-剩余浓度)/四环素初始浓度×100％，测试标准为gb/t23762-2020。测试初始浓度(％)剩余浓度(％)降解率(％)实施例10.50.01597.0实施例20.50.00499.2实施例30.50.00798.6实施例40.50.01397.4对比例10.50.13173.8当前第1页1 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技术特征：1.一种mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料，其特征在于：所述一种mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料的制法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入三聚氰胺和浓硝酸，在80-90℃，匀速搅拌直至溶液蒸干，将固体产物在电阻炉中，升温至540-580℃，保温煅烧4-5h，得到氮缺陷型g-c3n4；
(2)向蒸馏水中加入氮缺陷型g-c3n4，滴加浓硫酸，在氮气氛围中，先在30-40℃下，预活化12-24h，然后升温至60-80℃，活化反应2-6h，再将溶液倒入水热反应釜中，并放入反应箱中加热至150-180℃，反应10-20h，得到氮缺陷型多孔g-c3n4；
(3)向蒸馏水溶剂中加入氮缺陷型多孔g-c3n4、高锰酸钾和十二烷基硫酸钠，分散均匀后将溶液倒入水热反应釜中，并放入反应箱中，进行水热反应，得到纳米花状mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料，应用于光催化降解有机污染物和水污染处理方面。
2.根据权利要求1所述的一种mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料，其特征在于：所述步骤(2)中的氮缺陷型g-c3n4和浓硫酸的质量比为10:15-40。
3.根据权利要求1所述的一种mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料，其特征在于：所述步骤(2)中的反应箱包括加热片，反应箱内部下方固定连接有电机，电机活动连接有旋转杆，旋转杆固定连接有底座，底座上方设置有水热反应釜，底座上方固定连接有轮齿，轮齿与转动齿轮活动连接，转动齿轮活动连接有卡块。
4.根据权利要求1所述的一种mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料，其特征在于：所述步骤(3)中的缺陷型多孔g-c3n4、高锰酸钾和十二烷基硫酸钠的质量比为100:15-25:2-3。
5.根据权利要求1所述的一种mno2负载氮缺陷型多孔g-c3n4的光催化材料，其特征在于：所述步骤(4)中的水热反应条件为150-170℃下，反应6-12h。
技术总结本发明涉及光催化降解技术领域，且公开了一种MnO2负载氮缺陷型多孔g‑C3N4的光催化材料，氮缺陷型多孔g‑C3N4含有丰富的氮空位，可以作为光生电子的捕获陷阱，改善光生电子和空穴的复合问题，纳米花状MnO2与氮缺陷型多孔g‑C3N4同属于n‑型半导体，两者能带相匹配，形成Z性异质结，当光辐射在复合光催化材料上时，纳米花状MnO2导带的光生电子向氮缺陷型多孔g‑C3N4的价带迁移，与其价带上的空穴复合，而纳米花状MnO2的空穴则留在价带上，氮缺陷型多孔g‑C3N4的光生电子留在导带上，实现了光生载流子的高效分离，避免了光生电子和空穴的重组和复合，实现高效的光催化降解过程。
技术研发人员：钱建学;沈卫明
受保护的技术使用者：桐乡市杭福科技有限公司
技术研发日：2020.11.30
技术公布日：2021.03.12
