【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光催化劑，具體涉及一種基于多氯和苯環共同改性的氮化碳光催化劑、制備方法及其應用。
技術介紹
1、光催化具有反應條件溫和、能耗小、無二次污染等優點，被認為是一種理想的環境修復和可持續能源轉化技術。在各種光催化劑中，石墨相氮化碳(cn)由于其合成方法簡單、成本效益高、合適的帶隙值(eg)和可調的電子性質等優點在太陽能-化學能轉換領域潛力巨大。然而，由于cn的層間堆疊結構致密，限制了表面活性位點的暴露。同時，純cn可見光吸收非常有限且光生載流子極易復合。上述三個瓶頸導致cn光催化劑活性不理想，嚴重阻礙其在環境修復和清潔能源生產中的應用。
2、近年來，摻雜小分子已成為一種很有前途的方法，將有機基團摻入cn框架中，以調節cn的形貌、光響應和電荷行為，同時保持cn的無金屬性質。特別是，摻雜具有特殊官能團的小分子可調節電子分布，并引起強大的分子偶極相互作用，從而建立強大的內建電場驅動光生激子分離和載流子遷移。近年來，由于cl具有合適的電負性，可調節cn電子結構，被證明是修飾cn的合適元素。
3、在光吸收方面，大量的研究證明，在cn骨架中引入苯環衍生物可以擴展π共軛體系，調控cn帶隙，加速電荷傳輸。如果苯環上接枝多個吸電子的氯基團，共軛結構的擴展和電荷的重新分布將同時實現，相關研究還未見報道。
技術實現思路
1、針對現有技術中純cn光催化劑存在的活性位點暴露不足，可見光吸收有限和光生載流子極易復合的問題，本專利技術提供了一種基于多氯和苯環共同改性的cn光催化劑
2、本專利技術通過如下技術方案實現：
3、第一方面，本專利技術提供了一種基于多氯和苯環共同改性的cn光催化劑的制備方法，具體包括如下步驟：
4、步驟一：2,2',5,5'-四氯二苯胺-尿素自組裝混合物的制備；
5、將2,2',5,5'-四氯二苯胺和尿素按一定質量比置于裝有一定體積無水乙醇的坩堝中，在一定溫度下攪拌至干燥得到2,2',5,5'-四氯二苯胺-尿素自組裝混合物；
6、步驟二：多氯和苯環共同改性的cn光催化劑的制備；
7、將制備得到的2,2',5,5'-四氯二苯胺-尿素自組裝混合物置于馬弗爐中，以固定升溫速率加熱，保持一段時間；自然冷卻至室溫后，將產物研磨成粉末獲得基于多氯和苯環共同改性的cn光催化劑。
8、進一步地，步驟一中，所述2,2',5,5'-四氯二苯胺與尿素的質量比為0.75～3mg:1g。
9、進一步地，步驟一中，所述一定體積無水乙醇的體積為5～30ml。
10、進一步地，步驟一中，所述一定溫度為55～65℃。
11、進一步地，步驟二中，2,2',5,5'-四氯二苯胺-尿素自組裝混合物在馬弗爐中的升溫速率為4～6min-1；
12、2,2’,5,5’-四氯二苯胺-尿素共融混合物在馬弗爐中的保持時間為2.5～3.5h；
13、2,2’,5,5’-四氯二苯胺-尿素共融混合物在馬弗爐中的保持溫度為520～580℃。
14、第二方面，本專利技術還提供了一種基于多氯和苯環共同改性的cn光催化劑，由上述方法制備得到。
15、第三方面，本專利技術還提供了一種基于多氯和苯環共同改性的cn光催化劑在降解水中四環素方面的應用，具體包括如下內容：使用一定瓦數的氙燈和一定波長的截止濾光片來濾除紫外光作為可見光光源，反應溫度用循環水維持在一定溫度；將一定質量光催化劑、一定濃度和一定體積的四環素水溶液在避光處混合攪拌一定時間達到吸附-解吸平衡，開燈后每隔一段時間取一定體積混合液過濾，濾液使用hplc-uv在一定波長下測試四環素濃度的變化。
16、進一步地，所述氙燈的瓦數為300w；截止濾光片的波長為420nm；反應溫度用循環水維持在15℃；光催化劑質量與污染物濃度比為1mg：0.1～1mg?l-1；四環素溶液的體積為30～50ml；光催化劑和四環素混合溶液達到吸附-解吸平衡的攪拌時間為20～40min；開燈后取樣時間間隔為10min；開燈后每次取樣的量為2ml；hplc-uv的波長為355～358nm。
17、第四方面，本專利技術還提供了一種基于多氯和苯環共同改性的cn光催化劑在光催化固氮方面的應用，具體包括如下內容：將一定量的光催化劑均勻分散在一定體積去離子水中，其中含有一定體積三乙醇胺作為犧牲劑，一定量氯鉑酸水溶液作為助催化劑，利用一定瓦數和波長的氙燈作為可見光源；在攪拌下持續通入高純n2將反應系統內空氣排出，并用循環水將整個反應溫度維持在一定溫度；開燈后，每隔一定時間取一定體積上清液過濾，濾液加入奈斯勒試劑后靜置一段時間，用紫外可見光譜分光光度法在一定波長下測定銨根離子濃度。
18、進一步地，所述催化劑的量為18～22mg；去離子水體積為95-105ml；三乙醇胺量為4～6ml；氯鉑酸用量為1ml(1wt％pt)；氙燈的瓦數和波長分別為350w和≥420nm；反應溫度為13～17℃；每隔1h取2ml上清液；加入奈斯勒試劑后靜置2min；在波長420nm下測定銨根離子濃度。
19、與現有技術相比，本專利技術的優點如下：
20、1、本專利技術的制備方法中，原料僅為尿素和極少量2,2’,5,5’-四氯二苯胺，成本廉價、來源廣泛、安全無毒，合成過程簡單、易操作；
21、2、本專利技術制備過程不采用表面活性劑、模板及襯底等輔助性材料，極大的減少了雜質的產生，降低了雜質成分對催化劑結構和性能的影響；
22、3、分子內摻雜的一體化結構使得產物不存在脫落或相分離等中斷電子傳輸、降低催化活性和穩定性的情況；
23、4、產物可用于光催化降解四環素和光催化固氮；
24、相比于純cn，本專利技術所合成的多氯和苯環共同改性的cn光催化劑為多孔薄花瓣狀結構，且具有活性位點暴露多、可見光利用率高、光生電子空穴復合率低、激子分離和載流子遷移效率高等優勢，因此，較純cn具有更加優異的光催化活性。
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1.一種基于多氯和苯環共同改性的CN光催化劑的制備方法，其特征在于，具體包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的一種基于多氯和苯環共同改性的CN光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述2,2',5,5'-四氯二苯胺與尿素的質量比為0.75～3mg:1g。
3.如權利要求1所述的一種基于多氯和苯環共同改性的CN光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述一定體積無水乙醇的體積為5～30mL。
4.如權利要求1所述的一種基于多氯和苯環共同改性的CN光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述一定溫度為55～65℃。
5.如權利要求1所述的一種基于多氯和苯環共同改性的CN光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟二中，2,2',5,5'-四氯二苯胺-尿素自組裝混合物在馬弗爐中的升溫速率為4～6min-1；
6.一種基于多氯和苯環共同改性的CN光催化劑，其特征在于，由權利要求1-5任一項所述的制備方法制備得到。
7.如權利要求6所述的一種基于多氯和苯環共同改性的CN光催化劑在降解水中四環素方面的應用，其特征在于，具
8.如權利要求7所述的一種基于多氯和苯環共同改性的CN光催化劑在降解水中四環素方面的應用，其特征在于，所述氙燈的瓦數為300W；截止濾光片的波長為420nm；反應溫度用循環水維持在15℃；光催化劑質量與污染物濃度比為1mg：0.1～1mg?L-1；四環素溶液的體積為30～50mL；光催化劑和四環素混合溶液達到吸附-解吸平衡的攪拌時間為20～40min；開燈后取樣時間間隔為10min；開燈后每次取樣的量為2mL；HPLC-UV的波長為355～358nm。
9.如權利要求6所述的一種基于多氯和苯環共同改性的CN光催化劑在光催化固氮方面的應用，其特征在于，具體包括如下內容：將一定量的光催化劑均勻分散在一定體積去離子水中，其中含有一定體積三乙醇胺作為犧牲劑，一定量氯鉑酸水溶液作為助催化劑，利用一定瓦數和波長的氙燈作為可見光源；在攪拌下持續通入高純N2將反應系統內空氣排出，并用循環水將整個反應溫度維持在一定溫度；開燈后，每隔一定時間取一定體積上清液過濾，濾液加入奈斯勒試劑后靜置一段時間，用紫外可見光譜分光光度法在一定波長下測定銨根離子濃度。
10.如權利要求9所述的一種基于多氯和苯環共同改性的CN光催化劑在光催化固氮方面的應用，其特征在于，
...【技術特征摘要】
1.一種基于多氯和苯環共同改性的cn光催化劑的制備方法，其特征在于，具體包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的一種基于多氯和苯環共同改性的cn光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述2,2',5,5'-四氯二苯胺與尿素的質量比為0.75～3mg:1g。
3.如權利要求1所述的一種基于多氯和苯環共同改性的cn光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述一定體積無水乙醇的體積為5～30ml。
4.如權利要求1所述的一種基于多氯和苯環共同改性的cn光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述一定溫度為55～65℃。
5.如權利要求1所述的一種基于多氯和苯環共同改性的cn光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟二中，2,2',5,5'-四氯二苯胺-尿素自組裝混合物在馬弗爐中的升溫速率為4～6min-1；
6.一種基于多氯和苯環共同改性的cn光催化劑，其特征在于，由權利要求1-5任一項所述的制備方法制備得到。
7.如權利要求6所述的一種基于多氯和苯環共同改性的cn光催化劑在降解水中四環素方面的應用，其特征在于，具體包括如下內容：使用一定瓦數的氙燈和一定波長的截止濾光片來濾除紫外光作為可見光光源，反應溫度用循環水維持在一定溫度；將一定質量光催化劑、一定濃度和一定體積的四環素水溶液在避光處混合攪拌一定時間達到吸附...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉春波，周天瑜，陳艷彬，孫冬舒，賀維韜，
申請(專利權)人：吉林師范大學，
類型：發明
國別省市：
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