[发明专利]基于黑磷/金属有机框架修饰的氮化碳膜复合材料及其制备方法与在废气处理中的应用

说明书

本发明公开了一种基于黑磷/金属有机框架修饰的氮化碳膜复合材料及其制备方法与在废气处理中的应用；首先以尿素为原材料高温下煅烧制备多孔的片状氮化碳；再对该多孔氮化碳进行表面羧基化，通过层层自组装的方法在多孔氮化碳表面修饰金属有机框架（MOF）；以溶剂剥离法将块状的黑磷材料剥离成二维的黑磷薄片；将MOF修饰的多孔氮化碳材料与二维的黑磷材料混合，在真空泵下将该混合物抽滤成膜，即可以得到黑磷/金属有机框架(MOF)修饰的氮化碳膜复合材料。本发明通过简单步骤合成的黑磷/金属有机框架(MOF)修饰的氮化碳膜复合材料对废气的处理有着很好的光催化效果，且可多次循环使用；并且其具有制备过程简便，易于回收多次利用等优点，在废气处理方面具有工业应用前景。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及到一种基于黑磷/金属有机框架修饰的氮化碳膜复合材料及其制备方法与在废气光催化处理中的应用。

背景技术

大气污染是目前我国面临的巨大难题之一，随着我国经济的发展，光化学烟雾、雾霾和PM 2.5（PM为颗粒物质）越来越严重，给人们的日常生活和身体健康造成了巨大的影响。大气污染主要分为室外和室内污染物，室外气体污染物主要包括可吸入颗粒物、氮氧化物、二氧化硫和一氧化碳等，而室内气体污染物主要包括甲醛、甲苯和碳氢化合物等。目前，随着我国汽车数量的急剧增加，汽车尾气的排放加剧大气污染的程度，氮氧化物是其中的一种典型的气体环境污染物。随着科学的不断发展和进步，目前处理废气的方法有活性炭吸附法、催化燃烧法、生物过滤、酸碱中和法等，但以上方法价格昂贵，再生较困难，且只能处理高浓度的废气，对于处理空气中残留的低浓度的有害气体效果极差。然而，对于低浓度水平废气的处理，半导体光催化被认为是最有前途的技术之一，由于其高效率和环保特性，在解决全球能源短缺方面具有潜在的价值，然而，现有处理剂降解一氧化氮的效果远远不能达到人们预期的效果。

发明内容

本发明目的是提供一种基于黑磷/金属有机框架(MOF)修饰的氮化碳膜复合材料及其制备方法，通过溶剂法对块状黑磷进行剥离形成二维的片状黑磷材料，利用金属有机框架(MOF)对氮化碳进行修饰，再与黑磷复合，最终形成宏观的黑磷/金属有机框架(MOF)修饰的氮化碳膜，以实现该材料在氮氧化物的光催化降解方面得到广泛的应用。

为了达到上述目的，本发明具体技术方案如下：

一种基于黑磷/金属有机框架修饰的氮化碳膜复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）以尿素为原料，煅烧制备多孔片状氮化碳；

（2）多孔片状氮化碳经过羧基化后再修饰金属有机框架，制备金属有机框架修饰的多孔氮化碳材料；

（3）利用溶剂剥离法将块状黑磷剥离成二维黑磷片；

（4）将金属有机框架修饰的多孔氮化碳材料和二维黑磷片分散到有机溶剂中，室温搅拌后抽滤制备基于黑磷/金属有机框架修饰的氮化碳膜复合材料。

一种黑磷/金属有机框架修饰的氮化碳膜复合体系的制备方法，包括以下步骤：

（1）以尿素为原料，煅烧制备多孔片状氮化碳；

（2）多孔片状氮化碳经过羧基化后再修饰金属有机框架，制备金属有机框架修饰的多孔氮化碳材料；

（3）利用溶剂剥离法将块状黑磷剥离成二维黑磷片；

（4）将金属有机框架修饰的多孔氮化碳材料和二维黑磷片分散到有机溶剂中，室温搅拌得到黑磷/金属有机框架修饰的氮化碳膜复合体系。

一种金属有机框架修饰的多孔氮化碳材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）以尿素为原料，煅烧制备多孔片状氮化碳；

（2）多孔片状氮化碳经过羧基化后再修饰金属有机框架，制备金属有机框架修饰的多孔氮化碳材料。