[發明專利]一種新型g-C3

在審

• 申請號: 202111110461.0
• 申請日: 2021-09-18
• 公開（公告）號: CN113842938A
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 王輝;王洋;王懷悅;王博;丁克強
• 申請（專利權）人: 河北零點新能源科技有限公司
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;B01J37/02;B01J37/08;B01J20/02;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/30;C02F9/08;C01B21/082;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/
• 代理公司: 深圳紫晴專利代理事務所(普通合伙) 44646
• 代理人: 孟蓮

本發明涉及一種新型g?C3N4衍生碳質吸附劑和光催化材料的制備方法。具體而言，本發明首先采用熱誘導前驅體發生一系列縮聚反應得到石墨相氮化碳g?C3N4，隨后采用催化劑(高鐵酸鉀)一步法實現g?C3N4同步碳化和石墨化，將經高鐵酸鉀(K2FeO4)溶液完全浸漬后的g?C3N4置于管式爐中進行煅燒，通過調節催化劑的用量及碳化溫度控制其微/介孔結構和石墨化程度。最終制得光催化劑材料的一種新型多孔g?C3N4衍生碳質材料。本發明的光催化劑材料吸附能力強，可快速吸附水中污染物，在光照條件下光催化劑可對污染物進行高速降解，表明它們的高活性、低成本雙功能。

技術領域

本發明涉及一種催化劑，具體涉及一種新型g-C3N4衍生碳質吸附劑和光催化材料。

背景技術

隨著現代工業的發展，生態環境不斷惡化。我國大部分水體受到不同程度的污染，然而傳統污水處理技術，處理效率不高、易造成二次污染、成本高和應用面窄等缺點，許多科研工作者致力于研究高穩定性、高活性、環保經濟的半導體光催化劑來治理環境污染。g-C3N4材料被認為是一種潛在替代Pt，降低成本，提高光催化劑的性能的材料。N元素的合并碳材料賦予它們獨特的電子結構不規則六邊形碳環的性質，這是由于氮摻雜碳原子和π系統之間的晶格，從而增加了活性位點，顯著提高了光催化活性。近年來，g-C3N4及衍生材料也得到了廣泛的應用是貴金屬的潛在替代品過渡金屬型催化劑，進一步表明它們作為高活性、低成本雙功能催化劑的潛力。

光電催化體系涉及光、催化劑和底物之間的多種相互作用，是一個比較復雜的化學反應體系，光電催化反應原理主要是指催化劑的催化反應原理以及各主要步驟的作用等。

采用催化劑一步法實現g-C3N4的同步碳化-石墨化，高比表面積和孔隙率有效地增加了反應活性位點，且高的石墨化程度提高了其電導率。這種新型一步法催化-石墨化工藝，有效的實現了g-C3N4在較低溫度(900℃)下同步“石墨化和碳化”處理。避免了傳統工藝中為實現納米多孔碳材料的高石墨化程度的對富碳前驅體的高溫處理(2500℃)或應力石墨化過程。使用高鐵酸鉀催化劑有效的降低了能耗，避免了傳統石墨化工藝中氫氧化物或ZnCl2作為造孔劑和過渡金屬硝酸鹽或氯化物作石墨化催化劑的兩步法制備策略。相比傳統石墨化工藝，該工藝簡單、安全、無污染、符合綠色化學原理要求。

催化石墨化形成的互相連接的多孔網絡有利于促進光生電子從空穴中分離，減少載流子的傳輸距離，促使光生電子可以快速轉移到表面進行化學反應，增強其光催化性能。

發明內容

針對上述情況，本發明的目的在于提供一種新型g-C3N4衍生碳質吸附劑和光催化材料，以及利用該光催化劑材料除去水體中的有機污染物的用途。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種新型g-C3N4衍生碳質吸附劑和光催化材料的制備方法，其包括如下步驟：

(1)用熱聚合法在常壓高溫下使前驅體發生熱聚合反應生成g-C3N4：

將前驅體放置圓鋁盒中，在馬弗爐中以一定的加熱速率至一定溫度煅燒，保溫一定時間后，自然冷卻至室溫。將所得樣品放入瑪瑙研缽中研磨，得到粉末A；將粉末A溶于去離子水中超聲處理，離心取清液B；將清液B抽濾得到純的石墨相氮化碳(g-C3N4)。

(2)不同濃度催化劑溶液浸漬，和不同碳化和石墨化溫度下的g-C3N4衍生碳質材料的制備：

將步驟1)中獲得的純的石墨相氮化碳(g-C3N4)經過不同濃度催化劑溶液C浸漬，經超聲、抽濾，再將樣品干燥后，放置管式爐中在氣體氣氛中將溫度升至一定溫度后保溫一定時間，再自然冷卻至室溫。將樣品溶于溶液D中，攪拌、超聲、抽濾，再干燥，制得樣品為g-C3N4衍生碳質材料。

優選的，在上述制備方法中，步驟2)中所述溶液A為高鐵酸鉀(K2FeO4)，其濃度為0.001mol/L。

優選的，在上述制備方法中，步驟2)中所述氣體氣氛為氮氣。