[发明专利]一种吸附-光催化双功能分级多孔复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种g‑C₃N₄/SiOC吸附‑光催化双功能分级多孔复合材料及其制备方法。本发明以木粉为碳源，有机硅树脂为高分子前驱体，通过热裂解原位合成出β‑SiC纳米线填充的分级多孔SiOC陶瓷，再与二氰二胺复合共聚热解获得分级多孔g‑C₃N₄/SiOC复合材料。利用分级多孔SiOC陶瓷作载体，可防止g‑C₃N₄光催化纳米粉末的流失，减少从废液中分离光催化剂的必要，使污水处理连续化；负载后的复合材料具有分级多孔结构，载体能够从溶液中吸附大量的有机分子，提供高浓度有机环境，增加光生空穴和自由基与有机分子碰撞几率，从而提高光催化效率。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种g-C₃N₄/SiOC吸附-光催化双功能分级多孔复合材料及其制备方法。

背景技术

随着印染工业的发展，染料的生产规模日益增大，种类日益繁多，染料废水若不经过处理直接排放，将会破坏水体的生态环境，且经过生物积聚作用进入人体，最终影响人类健康。染料废水具有水量大、分布面广、水质变化大、有机毒物含量高、成分复杂以及难以生物降解等特点，用常规的废水处理方法难以治理，从而给环境带来了严重的污染，对水生生态系统及其边界环境造成严重的危害。不含金属元素的类石墨氮化碳(g-C₃N₄)作为一种新型的可见光响应材料，在光催化降解污染物和制氢方面显示了良好的应用前景，并引起了广泛关注。g-C₃N₄具有典型的半导体特性，无毒，在pH从0～14水溶液中均具有较好的稳定性，属于窄带隙半导体，其带隙宽度约为2.7eV，最大吸收边带在460nm附近。同时，g-C₃N₄还具有机械性能强、稳定性好、耐酸碱腐蚀性、氧化能力强和电子迁移速率高等优点。然而，单纯的g-C₃N₄由于光生电子与空穴极易复合，光生载流子传输慢，导致其光催化性能不理想，且光催化剂普遍存在难分离回收、易团聚等缺点，限制其工业化应用。因此，开发具有低成本、高性能、可循环利用的先进污水处理材料至关重要。

发明内容

本发明的目的在于解决可见光催化活性低、光催化剂难回收、吸附能力低等问题，而提供一种吸附-光催化双功能分级多孔复合材料及其制备方法。

本发明的步骤如下：

(1)将杉木木屑经筛分后球磨，取出烘干，处理后的木粉筛分后取粒径小于32μm的木粉备用。

(2)按一定配比称取有机硅树脂和杉木木粉，以二甲苯为溶剂，采用加热磁力搅拌使木粉充分浸渍有机硅树脂，然后烘干得到有机硅树脂与木粉的混合物。

(3)将上述混合物置于管式炉内，在Ar气保护下高温烧结，烧结起始温度为50℃，以5℃/min的速度升温至120℃，交联固化适当时间；再以5℃/min的速度升温至1000～1400℃保温后随炉冷却即得分级多孔SiOC陶瓷粉体。

(4)按一定配比称取适量的分级多孔SiOC与二氰二胺，在研钵中研磨30min，获得两者的混合物。

(5)将分级多孔SiOC与二氰二胺的混合物置于管式炉内，在Ar气保护下烧结，起始温度为50℃，以5℃/min的速率升至550℃，保温适当时间后随炉冷却至室温，即制备得到g-C₃N₄/SiOC复合材料。

步骤(1)中所述的木粉球磨的时间为24h，转速为250r/min。

步骤(2)中所述有机硅树脂、木粉及二甲苯的质量比为1:1:10，加热磁力搅拌温度为50℃，搅拌时间为12h，烘箱温度设定为75℃，时间为12h。