[发明专利]一种自剥离型累托石/氮化碳纳米复合催化材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及复合催化材料制备技术领域，具体涉及一种自剥离型累托石/氮化碳纳米复合催化材料及其制备方法与应用。所述制备方法具体包括以下步骤：将累托石、尿素和水混合并研磨获得累托石尿素夹层复合物；将所述累托石尿素夹层复合物进行热处理，获得累托石/氮化碳复合纳米材料。通过湿法研磨插层和热聚合两步既制备了剥离型纳米累托石/氮化碳复合材料，工艺简单，形成了剥离型累托石/氮化碳纳米复合物，使得纳米累托石片和纳米氮化碳片之间形成强烈的界面作用，使得氮化碳活性位点充分暴露，极大地提高了材料的催化活性。

技术领域

本发明涉及复合催化材料制备技术领域，具体涉及一种自剥离型累托石/氮化碳纳米复合催化材料及其制备方法与应用。

背景技术

水污染是目前世界面临的突出问题，大量工业废水的产生，给环境带来了很大破坏，给人们的健康造成了严重的潜在威胁。催化技术被认为是一种水体污染物降解的有效方法，然而目前常用的催化材料多为金属半导体类，如氧化锌、二氧化钛等，具有生产成本高、使用中存在金属离子渗出等二次金属离子污染问题，并且该类催化剂需要光照才具有较好的降解效果，现实使用中具有很大的局限性。

现有技术中，铁氧化物类催化剂可以在非光照条件下通过铁原子的变价进而与双氧水等发生反应产生羟基自由基等进行降解有机污染物，但是面临着铁离子的释放和铁泥的产生等问题。氮化碳是一种非金属类催化剂，性质稳定，能够有效吸收可见光，在催化领域具有很大的应用潜力，被称为是一种绿色催化剂。但是氮化碳本身活性位点较少，产生的电子空穴对很容易复合，催化效率低，很大限制了氮化碳在实际中的应用。目前对氮化碳进行活化改性的方法主要有酸碱处理、离子掺杂以及与传统的二氧化钛、氧化锌等金属半导体催化剂复合等技术。

黏土矿物是重要的非金属矿产资源，分布广泛，价格低廉，在催化、吸附、填料等方面具有很好的应用。采用黏土矿物与氮化碳进行复合是一种改善氮化碳催化性能的有益方法。目前黏土矿物氮化碳复合材料的制备方法主要有混合法，溶液混合浸渍法、插层处理法、气相沉积法等。混合法主要是将黏土矿物与氮化碳前驱体尿素、三聚氰胺等简单干法研磨混合，但是二者混合性差，结合强度低，只能得到简单包覆性复合物，并且分散性差；溶液混合浸渍法一定程度上提升了分散性，但是浸渍法难以有效利用黏土矿物的层间特性，煅烧生成的复合物仍然有将强的团聚现象，难以发挥黏土矿物的特性。插层法主要采用尿素等小分子类前驱体，对黏土矿物进行插层处理。发明专利一种氮化碳/高岭石复合材料及其制备方法和应用(ZL201810093235.8)采用非膨胀类黏土高岭石为原料，采用简单混合法、插层法制备了氮化碳/高岭石复合物，插层法主要采用二甲基亚砜对高岭石进行预先插层，然后采用尿素进行置换插层，制备高岭石尿素插层复合物，然后在惰性气体下进行煅烧，得到氮化碳/高岭石复合物，其中高岭石是微米结构，氮化碳是纳米结构。有研究公开了一种介孔石墨态氮化碳/累托石复合材料的制备方法(CN201611092504.6)，该技术采用除杂后的累托石和双氰胺为原料，将双氰胺溶于去离子水配制溶液，然后再加入累托石在水浴中搅拌混合，干燥后研磨成粉，进行煅烧、洗涤、干燥得到累托石/氮化碳复合物。此公开技术用水量大(约为累托石用量的50倍)，进行溶液混合难以制备插层型氮化碳/累托石复合物，该技术主要利用累托石作为负载氮化碳的基底载体，提高氮化碳的稳定性和活性位点，并且需要在氙灯强光照射下才能有效降解有机污染物。sun等首先在60度加热条件下制备双氰胺的水溶液，然后加入累托石粉末，进行搅拌12小时使其充分分散，进一步加热到105度经10小时，除去水分，最后通过550度煅烧处理得到累托石/氮化碳包覆型复合物，并且需要光照激发才能表现出较好的催化性能。

由此可知，现有技术的粘土矿物与氮化碳复合的催化材料制备方法复杂，且催化材料催化效率低，严重影响了产品的实际应用。

发明内容

针对上述技术问题，本发明采用一种简单的自剥离技术，制备剥离型纳米累托石/氮化碳复合材料，并且具有类芬顿效应，在暗光条件下即可活化过硫酸氢盐，对有机污染物进行有效降解，制备方法简单高效，不仅解决了催化剂对光源的严重依赖，而且避免了金属类催化剂的二次污染问题。