[发明专利]一种碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶，其特征在于，由具有强吸附性能石墨碳GC作为基底构筑气凝胶，具有光催化性能的共价三嗪骨架CTFs锚定在石墨碳基底上，再于还原剂的还原作用下使气凝胶中的碳和氮缺陷同步优化，形成所述的碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶；

所述碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶的制备方法包括以下步骤：将GC分散于水中，再加入CTFs混合均匀，得到CTFs锚定的GC水凝胶，将其通过冰模板法处理得到CTFs锚定的GC气凝胶，最后通过还原剂蒸汽对CTFs锚定的GC气凝胶进行熏蒸还原，并在真空干燥箱中干燥，即制得所述的碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶。

2.如权利要求1所述的一种碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶，其特征在于，所述的GC尺寸在30~70 μm，CTFs的粒径为1~3 μm。

3.如权利要求1所述的一种碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶，其特征在于，所述石墨碳GC与共价三嗪骨架CTFs的质量比为2~3 : 1。

4.如权利要求1所述的一种碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶，其特征在于，所述碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶的制备方法中，混合过程在超声环境且常温常压下完成；混合过程中，GC在水中的浓度控制在4~6 mg/mL，CTFs在水中的浓度控制在2~3 mg/mL。

5.如权利要求4所述的一种碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶，其特征在于，混合过程中，GC在水中的浓度控制在5 mg/mL；CTFs在水中的浓度控制在2.5 mol/L。

6.如权利要求1所述的一种碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶，其特征在于，所述碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶的制备方法中，冰模板法处理分为先后进行的冷冻固化和冷冻干燥两步处理过程，冷冻固化的温度控制在-50~-70℃，冷冻固化时间控制在2~3 h，冷冻干燥的温度控制在-65~-75℃，冷冻干燥的时间控制在20~30 h。

7.如权利要求6所述的一种碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶，其特征在于，冰模板法处理分为先后进行的冷冻固化和冷冻干燥两步处理过程，冷冻固化的温度控制在-60℃；冷冻固化时间控制在2.5 h；冷冻干燥的温度控制在-70℃；冷冻干燥的时间控制在24 h。

8.如权利要求1所述的一种碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶，其特征在于，所述CTFs由对苯二腈聚合而成，具体过程如下：于惰性气体保护下且-5~5℃环境中，向对苯二腈中加入三氟甲磺酸并搅拌1~2h，之后在80~120℃环境下恒温保持10~30 min，得到透明固状物质；所述透明固状物质用研钵研磨后，依次经乙醇和水洗涤，烘干，即得到所述的共价三嗪骨架材料CTFs。

9.如权利要求1所述的一种碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶，其特征在于，所述还原剂为质量浓度40%~80%的水合肼溶液，通过还原剂蒸汽对CTFs锚定的GC气凝胶进行熏蒸还原的过程为：在密封石英锅中加入质量浓度40%~80%的水合肼溶液，将气凝胶放置于透气网架上后一并设于密封石英锅内，且透气网架悬于水合肼溶液的正上方；然后对密封石英锅进行水浴加热，使水合肼溶液在80~90℃的温度环境下挥发形成还原剂蒸汽，气凝胶在该还原剂蒸汽中熏蒸还原0.5~4 h，即处理完成。

10.如权利要求9所述的一种碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶，其特征在于，熏蒸时间为2.5-3.5h。

11.如权利要求8所述的一种碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶，其特征在于，三氟甲磺酸的体积用量以对苯二腈的物质的量计为1~2mol/L。

12.如权利要求11所述的一种碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶，其特征在于，三氟甲磺酸的体积用量以对苯二腈的物质的量计为1.6mol/L。

13.如权利要求1~3任意一项所述的碳氮双缺陷优化的三维蜂窝型气凝胶在吸附-光催化降解二苯甲酮类紫外吸收剂中的应用。