[发明专利]用于吸附和光催化降解甲醛的多孔纳米材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于吸附和光催化降解甲醛的多孔纳米材料及其制备方法，其中该多孔纳米材料由以下通式表示：M‑CN/AC，其中，M为碱金属元素，CN为氮化碳，AC为活性炭。本发明通过采用将碱金属元素引入氮化碳的晶格结构，碱金属元素(优选是钾)未占据的3d或4p轨道与π共轭的C‑N pz之间的静态库仑力，可以重新排列g‑C₃N₄的结构，减轻晶格结构缺陷的影响。另外，为了提高对甲醛的吸附和降解能力，将活性炭与光催化纳米颗粒复合，由于活性炭较大的比表面积和光催化剂的可见光催化活性，可以提高甲醛的吸附性能。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，具体为一种用于吸附和光催化降解甲醛的多孔纳米材料及其制备方法。

背景技术

空气净化器被广泛应用于室内空气净化，但这些设备只是将甲醛吸附在过滤介质上，但不会降解污染物。因此，现有的空气净化器受到吸附能力低、气体再释放到空气中以及吸附剂再生困难的限制。因此，有必要开发一种成本更低、更有效、更环保的技术来消除空气中低浓度的甲醛。光催化氧化是一种最有前途的去除甲醛的技术。

基于可见光响应型半导体的光催化消除技术因其经济、可再生、清洁和安全的特性而引起了人们的极大兴趣，该技术已成功地用于消除挥发性有机物。氮化碳(g-C₃N₄)作为典型的半导体材料，因其成本低、化学性好、稳定性高而在光催化领域广泛应用,可见光吸收波长在450nm左右，当光照射氮化碳时，价带上的电子吸收光子能量被激发跃迁到导带，同时在价带的位置留下同量的空穴，称为光生电子-空穴对或者光生载流子。电子(e-)和空穴(h+)具有很强的还原性和氧化性。然而，g-C₃N₄的效率普遍较低，因为在g-C₃N₄的互连三嗪结构中不可避免地形成晶格结构缺陷，从而严重干扰光生载流子的分离和转移。因此，有必要通过减少晶格结构缺陷来完善g-C₃N₄的π共轭结构。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于吸附和光催化降解甲醛的多孔纳米材料，旨在解决目前的氮化碳光催化材料光催化效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种用于吸附和光催化降解甲醛的多孔纳米材料，由以下通式表示：M-CN/AC，其中，M为碱金属元素，CN为氮化碳，AC为活性炭。

优选地，所述多孔纳米材料以活性炭为基底，活性炭上具有块状的M-CN纳米颗粒；

和/或，M选自钾、锂或钠中的任意一种；

和/或，CN为g-C₃N₄。

本发明还提出一种用于吸附和光催化降解甲醛的多孔纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

制备活性炭；

制备M-CN/AC：将碳氮源和活性炭溶解在提供碱金属元素的强酸强碱盐水溶液中，搅拌得混合溶液，通过在真空干燥对混合溶液进行脱水，将脱水后产物煅烧，制得M-CN/AC。

优选地，所述碳氮源为碳氮比为1：2的含氮有机物；

和/或，所述碳氮源和活性炭的质量比例为1：(0.01-0.1)；

和/或，所述强酸强碱盐水溶液的质量浓度为8-20g/L。

优选地，所述碳氮源选自单氰胺、二聚氰胺、三聚氰胺或尿素中的至少一种；

和/或，所述强酸强碱盐为硝酸钾。

优选地，在搅拌得混合溶液的步骤中搅拌的时间为1-3小时；

和/或，在真空干燥的步骤中，温度为40-80℃，干燥时间为1-3小时；