[發明專利]用于吸附和光催化降解甲醛的多孔納米材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210536478.0
• 申請日: 2022-05-17
• 公開（公告）號: CN114904549A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 陳耀剛
• 申請（專利權）人: 深圳市康弘智能健康科技股份有限公司
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;B01J20/20;F26B5/04;F24F8/158;F24F8/167
• 代理公司: 深圳市恒程創新知識產權代理有限公司 44542
• 代理人: 苗廣冬

本發明公開了一種用于吸附和光催化降解甲醛的多孔納米材料及其制備方法，其中該多孔納米材料由以下通式表示：M?CN/AC，其中，M為堿金屬元素，CN為氮化碳，AC為活性炭。本發明通過采用將堿金屬元素引入氮化碳的晶格結構，堿金屬元素(優選是鉀)未占據的3d或4p軌道與π共軛的C?N pz之間的靜態庫侖力，可以重新排列g?C₃N₄的結構，減輕晶格結構缺陷的影響。另外，為了提高對甲醛的吸附和降解能力，將活性炭與光催化納米顆粒復合，由于活性炭較大的比表面積和光催化劑的可見光催化活性，可以提高甲醛的吸附性能。

技術領域

本發明涉及光催化材料技術領域，具體為一種用于吸附和光催化降解甲醛的多孔納米材料及其制備方法。

背景技術

空氣凈化器被廣泛應用于室內空氣凈化，但這些設備只是將甲醛吸附在過濾介質上，但不會降解污染物。因此，現有的空氣凈化器受到吸附能力低、氣體再釋放到空氣中以及吸附劑再生困難的限制。因此，有必要開發一種成本更低、更有效、更環保的技術來消除空氣中低濃度的甲醛。光催化氧化是一種最有前途的去除甲醛的技術。

基于可見光響應型半導體的光催化消除技術因其經濟、可再生、清潔和安全的特性而引起了人們的極大興趣，該技術已成功地用于消除揮發性有機物。氮化碳(g-C₃N₄)作為典型的半導體材料，因其成本低、化學性好、穩定性高而在光催化領域廣泛應用,可見光吸收波長在450nm左右，當光照射氮化碳時，價帶上的電子吸收光子能量被激發躍遷到導帶，同時在價帶的位置留下同量的空穴，稱為光生電子-空穴對或者光生載流子。電子(e-)和空穴(h+)具有很強的還原性和氧化性。然而，g-C₃N₄的效率普遍較低，因為在g-C₃N₄的互連三嗪結構中不可避免地形成晶格結構缺陷，從而嚴重干擾光生載流子的分離和轉移。因此，有必要通過減少晶格結構缺陷來完善g-C₃N₄的π共軛結構。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種用于吸附和光催化降解甲醛的多孔納米材料，旨在解決目前的氮化碳光催化材料光催化效率低的技術問題。

為實現上述目的，本發明提出的一種用于吸附和光催化降解甲醛的多孔納米材料，由以下通式表示：M-CN/AC，其中，M為堿金屬元素，CN為氮化碳，AC為活性炭。

優選地，所述多孔納米材料以活性炭為基底，活性炭上具有塊狀的M-CN納米顆粒；

和/或，M選自鉀、鋰或鈉中的任意一種；

和/或，CN為g-C₃N₄。

本發明還提出一種用于吸附和光催化降解甲醛的多孔納米材料的制備方法，包括以下步驟：

制備活性炭；

制備M-CN/AC：將碳氮源和活性炭溶解在提供堿金屬元素的強酸強堿鹽水溶液中，攪拌得混合溶液，通過在真空干燥對混合溶液進行脫水，將脫水后產物煅燒，制得M-CN/AC。

優選地，所述碳氮源為碳氮比為1：2的含氮有機物；

和/或，所述碳氮源和活性炭的質量比例為1：(0.01-0.1)；

和/或，所述強酸強堿鹽水溶液的質量濃度為8-20g/L。

優選地，所述碳氮源選自單氰胺、二聚氰胺、三聚氰胺或尿素中的至少一種；

和/或，所述強酸強堿鹽為硝酸鉀。

優選地，在攪拌得混合溶液的步驟中攪拌的時間為1-3小時；

和/或，在真空干燥的步驟中，溫度為40-80℃，干燥時間為1-3小時；