/氧化石墨烯/納米鐵可見光響應(yīng)催化膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境及材料領(lǐng)域，具體涉及一種g_C3N4/氧化石墨烯/納米鐵復(fù)合可見光響應(yīng)催化膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)新材料，是一種性能極佳的增強材料，具有極高的力學(xué)強度、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率。界面組裝法利用氧化石墨烯所在的界面處的物理化學(xué)性質(zhì)，使氧化石墨烯在界面處自發(fā)地排列結(jié)合，再經(jīng)過還原后得到石墨烯薄膜，該方法可通過調(diào)節(jié)組裝材料種類、濃度和組裝次數(shù)可制備出結(jié)構(gòu)和功能自由控制的石墨稀薄膜，所制備的石墨稀薄膜能夠很好地控制石墨稀的取向，適合被應(yīng)用于導(dǎo)電材料。
[0003]類石墨相氮化碳(g_C3N4)具有典型的半導(dǎo)體特性，具有無毒、機械性能強、熱穩(wěn)定性好、耐酸堿腐蝕性、氧化能力強和電子迀移速率高等優(yōu)點。相比于過渡金屬催化劑，g_C3N4作為新的不含金屬的可見光催化劑，有適宜的帶隙，能吸收可見光，可以被應(yīng)用于光催化降解污染物的領(lǐng)域。
[0004]納米鐵，鐵是活潑金屬，電極電位為0.440 V，具有還原能力，氧化時釋放電子，能夠去除多種污染物。納米鐵是指粒徑在1-100 nm范圍內(nèi)的Fe°顆粒，具有特殊晶體形狀和點陣排列等微觀結(jié)構(gòu)，由于其顆粒尺度小，比表面積急劇增加，具有較大的表面活性，從而產(chǎn)生特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，可以更加有效地去除水體污染物。
[0005]以g-C3N4 /氧化石墨烯復(fù)合膜負(fù)載納米鐵，石墨烯薄膜可為g_C3N4產(chǎn)生的光生電子提供了傳輸?shù)慕橘|(zhì)，提高g_C3N4的催化效率，大大方便了水污染處理材料的回收使用。負(fù)載納米鐵，有利于納米鐵的分散，保持其還原活性，進而將污水中的重金屬離子還原并發(fā)生沉積，而負(fù)載納米鐵有利于半導(dǎo)體光催化劑g_C3N4表面的電子-空穴的分離，提高其光催化分解有機物的能力。而g_C3N4在光照條件下，能夠氧化分解有機污染物，所產(chǎn)生的自由電子還能夠促進納米鐵對重金屬離子的還原作用，使其能夠被重復(fù)利用。該方法可見光響應(yīng)光催化膜，實現(xiàn)了對重金屬離子和有機污染物的有效兼顧處理，其制備工藝簡單，水處理效率高，可被循環(huán)使用，環(huán)境效益顯著，適于被大規(guī)模推廣生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明所需要的制備方法簡單且不涉及復(fù)雜設(shè)備，在污水處理領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，環(huán)境和經(jīng)濟效益著。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種g_C3N4/氧化石墨烯/納米鐵復(fù)合可見光響應(yīng)催化膜及其制備方法。本發(fā)明所制得的g_C3N4/氧化石墨烯/納米鐵復(fù)合可見光響應(yīng)催化膜其在保持納米鐵的分散性和對重金屬離子還原活性的同時，為g_C3N4產(chǎn)生的光生電子提供了傳輸?shù)慕橘|(zhì)，提高了 g_C3N4的催化效率，能夠在可見光條件下，兼顧處理水中的重金屬離子和有機污染物，其制備工藝簡單，處理效率高，可循環(huán)利用，應(yīng)用潛力巨大，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種g_C3N4/氧化石墨稀/納米鐵復(fù)合可見光響應(yīng)催化膜，所述的催化膜中g(shù)_C3N4/氧化石墨稀復(fù)合物、納米鐵的質(zhì)量比為100:0.5~1 ;所述的g_C3N4/氧化石墨稀復(fù)合物中，g_C3N4和氧化石墨烯的質(zhì)量比為20~35:100。
[0009]如上所述的g_C3N4/氧化石墨烯/納米鐵復(fù)合可見光響應(yīng)催化膜的制備方法:將尿素研磨后進行煅燒、超聲和水浴處理后，干燥得到片狀g_C3N4;將氧化石墨烯和片狀g-C 3N4加入到水中，攪拌得到懸濁液，加熱懸濁液制得復(fù)合膜；將干燥后的復(fù)合膜加入氯化鐵溶液中，再加入硼氫化鈉溶液，進行液相還原，干燥后，制得g_C3N4/氧化石墨烯/納米鐵復(fù)合可見光響應(yīng)催化膜。
[0010]所述的g-C3N4/氧化石墨稀/納米鐵復(fù)合可見光響應(yīng)催化膜的制備方法，具體步驟如下:
(1)將尿素放入研缽中研磨粉碎，以4°C/min的升溫速度升至550°C，再保溫4h，得到塊體g_C3N4，將其加入到甲醇溶液中，在超聲處理Ih后，在68°C的水浴溫度下磁力攪拌、回流3h，以甲醇洗滌過濾，并放入80°C的烘箱中干燥12h得到片狀g_C3N4;
(2)將氧化石墨烯和片狀g_C3N4加入到水中，磁力攪拌2h后得到懸濁液；
(3)步驟(2)中得到的懸濁液在70°C的條件下加熱lh，在其液相面上形成薄膜，將薄膜取出，在80°C的烘箱中干燥2h得到g-C3N4/氧化石墨烯復(fù)合膜；
(4)將氯化鐵加入到乙醇溶液中，再將g_C3N4/氧化石墨烯復(fù)合膜沉于其中；
(5)將硼氫化鈉溶解在一定量的水中，再加入乙醇溶液，得到硼氫化鈉溶液；
(6)將硼氫化鈉溶液滴入到步驟(4)得到的溶液中，滴定完成后，取出薄膜，放入80°C的烘箱中干燥2h，即得到g-C3N4/氧化石墨烯/納米鐵復(fù)合可見光響應(yīng)催化膜。
[0011]步驟(2)中氧化石墨烯、片狀g_C3N4、水的質(zhì)量比為:5:100。
[0012]步驟(5)中硼氫化鈉溶液的濃度為:10mg/ml。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:
1)本發(fā)明制得的g-C3N4/氧化石墨稀/納米鐵復(fù)合可見光響應(yīng)催化膜利用g_C3N4/氧化石墨烯復(fù)合物為載體，負(fù)載活性納米鐵，該方法一方面保持了納米鐵的分散性和對重金屬離子還原活性，并利用g_C3N4在光催化分解水體中的有機污染物，利用石墨烯薄膜為g-C 3N4產(chǎn)生的光生電子提供傳輸介質(zhì)，提高了 g_C3N4的催化效率；另一方面在g_C3N4上負(fù)載過度金屬鐵可以促進光生電子和空穴的分離，進一步提高其催化效率；
2)該方法所制備的可見光響應(yīng)光催化劑同時處理了污水中重金屬離子和有機物，并使得各組分形成了一個有機的整體，互相促進提高；其工藝簡單、處理效率高、可循環(huán)利用，適合規(guī)?；a(chǎn)，具有良好的應(yīng)用前景；
3)本發(fā)明充分利用原材料的特性，石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)新材料，具有良好的力學(xué)性能和電學(xué)性能，g_C3N4具有良好的氧化能力強和較高電子迀移速率，二者都能夠被很好的應(yīng)用于光催化領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0014]圖1為實施例1所得g_C3N4/氧化石墨烯/納米鐵復(fù)合可見光響應(yīng)催化膜的SEM圖片；
圖2為實施例1所得g-C3N4/氧化石墨烯/納米鐵復(fù)合可見光響應(yīng)催化膜的XRD圖譜。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明用下列實施例來進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于下列實施例。
[0016]—種利用尿素、氧化石墨烯和氯化鐵制備的g_C3N4/氧化石墨烯/納米鐵復(fù)合可見光響應(yīng)催化膜其組成為:石墨稀復(fù)合物與納米鐵的質(zhì)量比為100:0.5-1, g-C3N4/氧化石墨烯復(fù)合物中g(shù)_C3N4和氧化石墨烯的質(zhì)量比為20~35:100。
[0017]利用尿素、氧化石墨烯和氯化鐵制備g_C3N4/氧化石墨烯/納米鐵復(fù)合可見光響應(yīng)催化膜的方法，具體步驟為:
(1)將尿素放入研缽中研磨粉碎，以4°C/min的升溫速度升至550°C，再保溫4h，得到塊體g_C3N4，將其加入到甲醇溶液中，在超聲處理Ih后，在68°C的水浴溫度下磁力攪拌、回流3h，以甲醇洗滌過濾，并放入80