[发明专利]凹凸棒土/石墨相氮化碳复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及非金属矿物精加工与无机化工技术领域，更具体的是凹凸棒土/石墨相氮化碳纳米复合材料。

背景技术

工业的快速发展促进了生活水平的提高，随之出现的环境污染问题也日益严重，其中水污染问题危害尤为严重。水污染问题受到了越来越多的关注，其中有毒有机类化合物是目前工业废水的重要成分。有机废水排放量大，污染物含量高，是国内外最难处理的工业废水之一，其中含有大量的苯环，偶氮，氨基等基团的染料，这些基团常常容易使人患癌症，严重威胁着人类的健康和安全。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种非金属半导体,由地球上含量较多的C、N元素组成,带隙约2.7eV,抗酸、碱、光的腐蚀,稳定性好,结构和性能易于调控,具有较好的光催化性能。2009年，Yan在《Langmuir》上发表文章指出，在空气中通过热诱导三聚氰胺发生缩聚反应可制备石墨相氮化碳,简单易行；2009年，Wang等在《Nature Materials》发表文章报道了石墨相氮化碳这一光催化材料，引起了人们对这种材料的广泛关注，成为近期光催化的热点。热聚合法能广泛地应用于制备石墨相氮化碳基催化剂、催化剂载体和储能材料等。在实际的催化降解过程中，催化剂粉体本身存在分离难、回收难的问题制约了催化剂的工业化应用和进一步推广。

利用载体性能优异的纳米粘土来固载半导体催化剂是目前解决催化剂的分散性和重复利用性的重要方法，将活性组分与大比表面积的载体相结合已成为催化领域的一个重要发展方向。凹凸棒土(ATP)是一种低成本的天然矿物，微观上具有一维层链状纳米孔道结构，水分子和一定大小的有机物分子均可直接吸附在其孔道内，宏观上表现为大的比表面积和较强的吸附和离子交换性能，因此，凹凸棒土可以作为一种优良的催化剂载体材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中催化剂分体分离难、回收难的不足，提供一种凹凸棒/石墨相氮化碳复合材料及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为，一种凹凸棒土/石墨相氮化碳复合材料，以凹凸棒土为载体，石墨相氮化碳为活性成分，所述的凹凸棒土与石墨相氮化碳的质量比为1:1～1:10。

作为优选，所述的石墨相氮化碳为强酸处理后的石墨相氮化碳，经强酸处理后使得石墨相氮化碳表面带正电。

上述凹凸棒土/石墨相氮化碳复合材料的制备方法，包括如下步骤，

(1)将石墨相氮化碳溶于去离子水中，超声搅拌，记为组分A；

(2)将凹凸棒土溶于去离子水中，超声并搅拌，记为组分B；

(3)将B加入到A中搅拌均匀，记为组分C，将组分C转入到反应釜中经水热反应即得到凹凸棒土/石墨相氮化碳复合材料。

进一步地，所述的石墨相氮化碳的制备方法为，将尿素、三聚氰胺或二氰二胺任一种置于坩埚中，加热至500～700℃，保温并冷却至室温，即得到石墨相氮化碳。

作为优选，所述的石墨相氮化碳为强酸改性后的石墨相氮化碳，所述强酸为盐酸、硝酸或硫酸中任一种。

进一步地，所述的组分C中凹凸棒土的浓度为1～8g/L。

进一步地，所述的水热反应温度为100～200℃，水热反应时间为4～10h。

本发明的有益效果是，本发明采用了一种较为简易的化学工艺制备出了负载均匀、分散性好的凹凸棒/石墨相氮化碳复合材料，无需复杂的设备，所用化学原料价格便宜，实验可重复性好，有很高的工业推广价值。

凹凸棒土自身具有丰富的微孔结构和较大的比表面积，对有机物大分子有很好的原位吸附能力；凹凸棒土固载催化剂粉体，避免了催化剂粉体分离难、回收难，避免了二次污染；另外，将石墨相氮化碳与凹凸棒土进行复合，凹凸棒中的杂质离子进入石墨相氮化碳的晶格中使缺陷增多、改变其能级，凹凸棒中的氧化硅等也可能与石墨相氮化碳之间产生异质结结构，促进光生电子的转移、避免光生电子自身的复合，通过载体与活性组分之间的协同催化作用，进而在很大程度上增强复合材料的催化活性。本专利所制备的是非金属催化材料，且在光照条件下即可催化降解有机污染物，充分利用太阳能，这类复合材料在有机染料废水降解等方面具有很大的潜在应用价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。