改性石墨相C3N4赤泥复合光催化剂的制备方法

    技术2024-11-11  9


    本发明涉及废水处理,特别涉及一种改性石墨相c3n4/赤泥复合光催化剂的制备方法。


    背景技术:

    1、赤泥是氧化铝生产过程中产生的固体废渣,赤泥堆存量随工业发展不断增加,对环境具有较大的污染,也存在较大的安全隐患,开发赤泥的新应用具有重要的经济价值和社会意义。赤泥的主要成分为氧化铁、氧化铝、氧化钙、氧化钛、氧化钠和二氧化硅等,其中,赤铁矿fe2o3可作为磁性材料的来源。

    2、在已知的光催化剂中,石墨氮化碳(g-c3n4)因其独特的带隙结构、较强的可见光吸收能力和易于获得而受到广泛关注。然而,g-c3n4光催化剂通常以粉体形式存在,比表面积较小,且在液相体系下应用难以回收,增加了回收操作的复杂性,影响经济效益并可能导致二次污染。

    3、近期,赤泥经酸浸出与煅烧结合,获得活性赤泥,利用活性赤泥中铁离子与氰基的反应调控g-氮化碳的多孔结构,获得了较高的产氢性能,但并未考虑到g-c3n4本身带隙过大的问题(cn113877621a)。而三聚氰胺利用氯化钾和三聚氰酸混合碳化,制备的钾氯共掺杂氮化碳催化剂因钾和氯引入降低了g-c3n4的带隙,提高了电子转移效率而显示出高的催化性能(cn117504915a),但其催化剂没有磁性性能,难以回收。g-c3n4负载贵金属钯pd,可提高g-c3n4的光生电荷载流子的分离效率,并通过负载fe3o4,使光催化剂具有良好的磁性,提高其催化剂性能(cn113318771a),但该制备过程经多次混合、煅烧、干燥,制备过程繁琐,成本较高,难以大规模应用,且操作过程中容易发生重金属离子流失,对环境造成二次污染。利用钴盐、钆盐对g-氮化碳进行改性(cn116726969a),工艺相对复杂且无磁性,回收难的问题可能导致进一步的环境污染,处理过程易产生二次废物。


    技术实现思路

    1、发明目的:针对现有技术中存在的问题,本发明提供了一种基于赤泥和餐饮废油的绿色、低成本改性石墨相c3n4/赤泥复合光催化剂的制备方法,通过将赤泥、废油、氢氧化钾、氯化铵、三聚氰胺混合,利用煅烧法一步实现碳化-造孔-还原-掺杂过程,获得磁性较强、带隙较低的g-c3n4复合光催化剂。本发明过程操作简单,绿色环保。

    2、技术方案:本发明提供了一种改性石墨相c3n4/赤泥复合光催化剂的制备方法,包括以下步骤:

    3、s1:取赤泥、废植物油、三聚氰胺、氢氧化钾以及氯化铵,混合、搅拌、烘干,得到膏状混合物;

    4、s2:将所述膏状混合物置于管式炉中,在氮气保护下700~800℃对其进行活化处理,冷却至100℃以下,停止通气,继续冷却到室温,得到改性石墨相c3n4/赤泥复合光催化剂。

    5、进一步地,s1中,按重量份计,所述赤泥、废植物油、三聚氰胺、氢氧化钾以及氯化铵的比例为1∶0.5~1.5∶0.5~1∶0.2~0.5∶0.5~1.5。

    6、进一步地,s1中,所述烘干的温度为110℃。

    7、进一步地,s2中,所述活化处理的具体条件为:在氮气保护下以4-6℃/min升温至700~800℃,焙烧2-3h。

    8、合成原理:本发明的合成原理如下:废油碳化,利用koh对碳材料和赤泥进行刻蚀造孔提高材料比表面积;三聚氰胺分解为g-c3n4,负载到多孔载体上提高其比表面积;koh、nh4cl通过桥键将k和cl嵌入g-c3n4层间,可以降低电子的局域性,扩大π共轭体系,提高电子传输速率,减小g-c3n4的带隙;在拓宽氮化碳对可见光的吸收范围的同时还可以加速载流子的分离,促进电子转移,延长光生载流子的寿命,提高光催化剂性能;通过高温煅烧碳热还原赤泥中富含的赤铁矿为强磁性的fe3o4,得到磁性能增强的改性磁性石墨相c3n4/赤泥复合光催化剂。

    9、有益效果:本发明与现有技术相比,具有以下优势:

    10、(1)引入废油作为碳源,在获得碳载体同时碳热还原赤泥中fe2o3,赋予催化剂磁性能。

    11、(2)利用koh对碳材料以及赤泥进行刻蚀、造孔,不仅提高载体和g-c3n4的比表面积,koh和nh4cl的加入还提高了g-c3n4光催化剂性能。

    12、(3)采用一步煅烧法,从廉价废弃物中制备改性磁性石墨相c3n4/赤泥复合光催化剂,方法简单,节能效果明显,过程绿色。

    13、(4)本发明与现有磁性碳基光催化剂相比,采用废弃植物油和赤泥作为原料,成本较低,且便于大规模推广。



    技术特征:

    1.一种改性石墨相c3n4/赤泥复合光催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

    2.根据权利要求1所述的改性石墨相c3n4/赤泥复合光催化剂的制备方法,其特征在于:s1中,按重量份计,所述赤泥、废植物油、三聚氰胺、氢氧化钾以及氯化铵的比例为1∶ 0.5~1.5∶0.5~1∶0.2~0.5∶0.5~1.5。

    3.根据权利要求1所述的改性石墨相c3n4/赤泥复合光催化剂的制备方法,其特征在于:s1中,所述烘干的温度为110℃。

    4.根据权利要求1所述的改性石墨相c3n4/赤泥复合光催化剂的制备方法,其特征在于:s2中,所述活化处理的具体条件为:在氮气保护下以4-6℃/min升温至700~800℃,焙烧2-3h。


    技术总结
    本发明涉及废水处理技术领域,公开了一种改性石墨相C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;/赤泥复合光催化剂的制备方法,具体步骤为:S1:取赤泥、废植物油、三聚氰胺、氢氧化钾以及氯化铵,混合、搅拌、烘干,得到膏状混合物;S2:将所述膏状混合物置于管式炉中,在氮气保护下700~800℃对其进行活化处理,冷却至100℃以下,停止通气,继续冷却到室温,得到改性石墨相C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;/赤泥复合光催化剂。本发明利用煅烧法一步实现碳化‑造孔‑还原‑掺杂过程,获得磁性较强、带隙较低的g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;复合光催化剂,过程操作简单,绿色环保。

    技术研发人员:高和璇,祁欢,陈子禾,蒋金龙,唐飞,孙晓静,吴妹,毕玲玲
    受保护的技术使用者:淮阴工学院
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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