[发明专利]一种新型g-C3

说明书

本发明涉及一种新型g‑C3N4衍生碳质吸附剂和光催化材料的制备方法。具体而言，本发明首先采用热诱导前驱体发生一系列缩聚反应得到石墨相氮化碳g‑C3N4，随后采用催化剂(高铁酸钾)一步法实现g‑C3N4同步碳化和石墨化，将经高铁酸钾(K2FeO4)溶液完全浸渍后的g‑C3N4置于管式炉中进行煅烧，通过调节催化剂的用量及碳化温度控制其微/介孔结构和石墨化程度。最终制得光催化剂材料的一种新型多孔g‑C3N4衍生碳质材料。本发明的光催化剂材料吸附能力强，可快速吸附水中污染物，在光照条件下光催化剂可对污染物进行高速降解，表明它们的高活性、低成本双功能。

技术领域

本发明涉及一种催化剂，具体涉及一种新型g-C3N4衍生碳质吸附剂和光催化材料。

背景技术

随着现代工业的发展，生态环境不断恶化。我国大部分水体受到不同程度的污染，然而传统污水处理技术，处理效率不高、易造成二次污染、成本高和应用面窄等缺点，许多科研工作者致力于研究高稳定性、高活性、环保经济的半导体光催化剂来治理环境污染。g-C3N4材料被认为是一种潜在替代Pt，降低成本，提高光催化剂的性能的材料。N元素的合并碳材料赋予它们独特的电子结构不规则六边形碳环的性质，这是由于氮掺杂碳原子和π系统之间的晶格，从而增加了活性位点，显著提高了光催化活性。近年来，g-C3N4及衍生材料也得到了广泛的应用是贵金属的潜在替代品过渡金属型催化剂，进一步表明它们作为高活性、低成本双功能催化剂的潜力。

光电催化体系涉及光、催化剂和底物之间的多种相互作用，是一个比较复杂的化学反应体系，光电催化反应原理主要是指催化剂的催化反应原理以及各主要步骤的作用等。

采用催化剂一步法实现g-C3N4的同步碳化-石墨化，高比表面积和孔隙率有效地增加了反应活性位点，且高的石墨化程度提高了其电导率。这种新型一步法催化-石墨化工艺，有效的实现了g-C3N4在较低温度(900℃)下同步“石墨化和碳化”处理。避免了传统工艺中为实现纳米多孔碳材料的高石墨化程度的对富碳前驱体的高温处理(2500℃)或应力石墨化过程。使用高铁酸钾催化剂有效的降低了能耗，避免了传统石墨化工艺中氢氧化物或ZnCl2作为造孔剂和过渡金属硝酸盐或氯化物作石墨化催化剂的两步法制备策略。相比传统石墨化工艺，该工艺简单、安全、无污染、符合绿色化学原理要求。

催化石墨化形成的互相连接的多孔网络有利于促进光生电子从空穴中分离，减少载流子的传输距离，促使光生电子可以快速转移到表面进行化学反应，增强其光催化性能。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的在于提供一种新型g-C3N4衍生碳质吸附剂和光催化材料，以及利用该光催化剂材料除去水体中的有机污染物的用途。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型g-C3N4衍生碳质吸附剂和光催化材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)用热聚合法在常压高温下使前驱体发生热聚合反应生成g-C3N4：

将前驱体放置圆铝盒中，在马弗炉中以一定的加热速率至一定温度煅烧，保温一定时间后，自然冷却至室温。将所得样品放入玛瑙研钵中研磨，得到粉末A；将粉末A溶于去离子水中超声处理，离心取清液B；将清液B抽滤得到纯的石墨相氮化碳(g-C3N4)。

(2)不同浓度催化剂溶液浸渍，和不同碳化和石墨化温度下的g-C3N4衍生碳质材料的制备：

将步骤1)中获得的纯的石墨相氮化碳(g-C3N4)经过不同浓度催化剂溶液C浸渍，经超声、抽滤，再将样品干燥后，放置管式炉中在气体气氛中将温度升至一定温度后保温一定时间，再自然冷却至室温。将样品溶于溶液D中，搅拌、超声、抽滤，再干燥，制得样品为g-C3N4衍生碳质材料。

优选的，在上述制备方法中，步骤2)中所述溶液A为高铁酸钾(K2FeO4)，其浓度为0.001mol/L。

优选的，在上述制备方法中，步骤2)中所述气体气氛为氮气。