一种硫掺杂碳纳米片及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113522315A(43)申请公布日2021.10.22(21)申请号202110986677.7(22)申请日2021.08.26(71)申请人南京林业大学地址210037江苏省南京市玄武区龙蟠路159号(72)发明人潘明珠张隐韩书广(74)专利代理机构江苏瑞途律师事务所32346代理人蒋海军(51)Int.Cl.B01J27/02(2006.01)B01D53/86(2006.01)B01D53/72(2006.01)B01D53/44(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图7页(54)发明名称一种硫掺杂碳纳米片及其制备方法和应用(57)摘要本发明属于碳纳米材料和光催化技术领域，涉及一种硫掺杂碳纳米片及其制备方法和应用。针对现有技术中纤维素碳纳米晶片掺杂硫元素的工序复杂，导致的碳纳米片的形貌结构发生变化和含硫气体多数昂贵且有毒的技术问题，本申请通过将微晶纤维素和硫酸溶液混合，对其悬浮液冷冻干燥，碳化，以表面接枝磺酸基的纤维素纳米晶自组装而成的片状纤维素作为硫掺杂碳纳米片前体，简化了后处理掺杂硫元素的工艺，且硫掺杂可实现对碳纳米片的形貌结构及表面化学性质同步调控的作用。本申请还提供了一种具有可见光响应的硫掺杂碳纳米片/ZnO复合光催化剂，其在可见光照下对各种VOCs表现出良好的光催化性能和循环稳定性。CN113522315ACN113522315A权利要求书1/1页1.一种硫掺杂碳纳米片的制备方法，其特征在于：所述方法包括：将微晶纤维素和硫酸溶液混合，加热搅拌后离心，透析至pH值恒定，超声处理，得纤维素纳米晶悬浮液；将所述纤维素纳米晶悬浮液冷冻干燥，碳化，得硫掺杂碳纳米片。2.根据权利要求1所述的一种硫掺杂碳纳米的制备方法，其特征在于：所述硫酸溶液的质量分数为52～68％；所述微晶纤维素和所述硫酸溶液的质量和体积比为1:8～1:20。3.根据权利要求1所述的一种硫掺杂碳纳米片的制备方法，其特征在于：所述加热的方式为水浴加热。4.根据权利要求1所述的一种硫掺杂碳纳米片的制备方法，其特征在于：所述冷冻干燥的时间为48h；所述碳化的条件为550～1000℃，氮气气氛下2h。5.一种硫掺杂碳纳米片，其特征在于：由权利要求1‑4任一项所述硫掺杂碳纳米片的制备方法制备得到。6.根据权利要求5所述的一种硫掺杂碳纳米片，其特征在于：所述硫掺杂碳纳米片的硫掺杂量为0.51～2.87at％。7.一种硫掺杂碳纳米片在制备光催化剂中的应用，其特征在于：使用权利要求5或6任一项所述的硫掺杂碳纳米片。8.根据权利要求7所述的一种硫掺杂碳纳米片在制备光催化剂中的应用，其特征在于：所述应用包括以下步骤：称取所述硫掺杂碳纳米片和醋酸锌溶解，将pH调成碱性，加热保温，得悬浮液；将所述悬浮液经无水乙醇和蒸馏水洗涤，干燥，研磨，得硫掺杂碳纳米片/ZnO复合光催化剂。9.根据权利要求8所述的一种硫掺杂碳纳米片在制备光催化剂中的应用，其特征在于：所述硫掺杂碳纳米片和醋酸锌的质量比为1:50～1:200。10.根据权利要求8所述的一种硫掺杂碳纳米片在制备光催化剂中的应用，其特征在于：所述pH值为10；所述加热保温的参数为180℃下保持12h。2CN113522315A说明书1/8页一种硫掺杂碳纳米片及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明属于碳纳米材料和光催化技术领域，具体地，涉及一种硫掺杂碳纳米片及其制备方法和应用。背景技术[0002]随着我国工业的快速发展，工业挥发性有机化合物(volatileorganiccompounds，VOCs)的排放量以每年38.3％的速率急剧增长，预测到2030年，我国总VOCs排放量将达到61.2Tg·C/Y。光催化降解技术是VOCs分子接触催化剂表面，与光照激活而产生的活性自由基发生反应，进一步被氧化降解为水和二氧化碳的过程，将其用于处理VOCs时，具有反应条件温和、无二次污染等优势。纳米ZnO作为一种性质稳定、光催化活性高的半导体光催化剂，在甲醛、甲苯、氯仿等VOCs的处理中显示了巨大的应用潜力。当受到光子撞击时，ZnO中被激发的电子从价带跃迁到导带，载流子被分离。随后，ZnO表面的光生电子、空穴和经氧化还原反应生成的活性氧基团共同参与到有VOCs的氧化反应中，实现其有效降解。然而，由于纳米ZnO表面能大，导致其极易团聚，比表面积进一步降低，难以对VOCs进行吸附而达到连续光降解的效果。更重要的是，光生载流子的快速复合导致ZnO活性降低，光催化效率下降。此外，受限于ZnO的宽带隙(～3.37eV)，其对太阳光的利用率极低，仅4％左右。因此，寻找提高ZnO分散性、光吸收性能、光生载流子分离率的有效途径对于其在VOCs处理的高效应用是非常重要的。