/ZnO/活性炭的功能性炭吸附材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于功能性炭吸附材料的制备领域，具体涉及一种g_C3N4/ZnO/活性炭的 功能性炭吸附材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 活性炭因其孔隙结构发达、吸附力强、表面官能团丰富、机械强度高、化学惰性等 优点，被广泛应用于食品工业、化学工业、环境保护等领域。但由于活性炭品种少、技术含量 低、缺少功能化高品质专用活性炭，制约我国活性炭行业迈向更高层次的应用。将活性炭改 性处理，研制出能够对污染物进行高效、深度净化的功能活性炭，是降低活性炭使用成本、 扩大其使用范围、提高其利用效率的有效途径，是活性炭行业未来发展的重要方向。
[0003] 由于活性炭对污染物的吸附主要以微孔填充为主，吸附量有限，短时间内即可达 吸附饱和而失去吸附能力，吸附饱和的活性炭成为二次污染源，须对其进行再生处理方可 再次利用。目前活性炭再生方法总体上可以分为两类：一是设法使吸附质脱附，即通过创造 与低负荷相对应的条件（引入物质或能量使吸附质分子与活性炭之间的作用力减弱或消 失），除去吸附质；二是依靠热分解或氧化还原反应破坏吸附质的结构，除去吸附质。传统 的再生方法主要有热再生、化学药品再生、溶剂再生、生物再生等，但由于其存在效率低、耗 费高、操作条件苛刻、工艺复杂等缺陷，传统再生方法已不能满足现在工业发展的需求。因 此开发一种在常温、常压、低耗费、高效率、操作工艺简单的再生方法成为目前国内外研究 的热点。
[0004] 2009年，我国科学家与德国、日本科学家合作发现了不含金属组分的共轭聚合物 石墨相氮化碳（g_C 3N4)可见光光催化材料，并利用态密度泛函理论（DFT)和电化学方法，研 究了氮化碳的能带结构，发现g_C 3N4具有典型的半导体能带结构，s/72杂化的N 2/7轨道构成 g_C3N4的最高占据分子轨道（HOMO)，而C2/T杂化轨道则组成其最低未占据分子轨道（LUMO)， 带隙约为2.7eV，比表面积为10 !112/^，在387 nm可见光诱导下，既能催化氧化还原反 应。然而，g_C3N4聚合物作为光催化剂还存在一些问题，如比表面积小、产生光生载流子的 激子结合能高、量子效率低和禁带宽度偏大（』< 460 nm)而不能有效利用太阳光等。针 对这些问题，科学家们围绕g_C3N4开展了大量的研究工作来提高g-C 3N4催化剂的比表面积、 对光谱的吸收范围、光生载流子的分离效率等。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种g_C3N4/ZnO/活性炭的功能性炭吸附材料及其制备方 法，制得的g_C 3N4/ZnO/活性炭的功能性炭吸附材料，去除污染物能力高，不易失活、使用寿 命长，且可原位光催化再生。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种g_C3N4/ZnO/活性炭的功能性炭吸附材料中ZnO的含量为2~5wt. %，g-C3N4的含量 为 3~8wt. %。
[0007] 制备方法包括以下步骤： (1) 将木质或竹质原料进行粉碎、筛分和烘干； (2) 取IOg烘干后的原料在高纯氮气保护下以5°C /min的速率升温至400~450°C，并 保温l-2h，自然冷却至室温； (3) 在搅拌条件下往5〇1111^蒸馈水中加入1〖~3〖醋酸锌，反应2()1]1；[11后，再加入1.5~5区 三聚氰胺，继续搅拌反应30min，与步骤（2)制得的物料充分混合后，浸渍24h，80°C下烘干； (4) 将步骤（3)制得的物料在高纯氮气保护下以10°C /min的速率由室温升至500°C，恒 温2 h，再以0. 2°C/min的速率升至530°C，并恒温5h，自然冷却至室温，即得所述的g-C3N4/ ZnO/活性炭的功能性炭吸附材料。
[0008] 本发明的显著优点在于：本发明制得的g_C3N4/ZnO/活性炭的功能性炭吸附材料， 去除污染物能力高，不易失活、使用寿命长，且可原位光催化再生。其在深度治理有机污染 水体中具有很大的潜在应用价值。
【附图说明】
[0009] 图 1 为 g-C3N4/ZnO/AC 的 XRD 谱。
[0010] 图2为g-C3N4/ZnO/AC和AC的队吸附-脱附曲线图。
[0011] 图3为在光照及暗吸附条件下g-C3N4/ZnO/AC及AC对苯酚的去除情况。
[0012] 图4为光照条件下g-C3N4/ZnO/AC及AC重复使用6次对苯酚的去除效果。
[0013] 图 5 为 g-C3N4/ZnO/AC，g-C3N4/AC 及 AC 光催化再生效果。I、g-C3N4/ZnO/AC，2、 g-C3N4/AC，3、AC。
【具体实施方式】
[0014] 实施例1 一种g_C3N4/ZnO/活性炭的功能性炭吸附材料的制备方法包括以下步骤： (1) 将木质或竹质原料进行粉碎、筛分和烘干； (2) 取IOg烘干后的原料在高纯氮气保护下以5°C /min的速率升温至400°C，并保温 2h，自然冷却至室温； (3) 在搅拌条件下往50 mL蒸馏水中加入Ig醋酸锌，反应20min后，再加入1.5g三聚 氰胺，继续搅拌反应30min，与步骤（2)制得的物料充分混合后，浸渍24h，80°C下烘干； (4) 将步骤（3)制得的物料在高纯氮气保护下以10°C /min的速率由室温升至500°C，恒 温2 h，再以0. 2°C/min的速率升至530°C，并恒温5h，自然冷却至室温，即得所述的g-C3N4/ ZnO/活性炭的功能性炭吸附材料，功能性炭吸附材料中ZnO的含量为2wt. %，g-C3N4的含量 为 3wt. %。
[0015] 实施例2 一种g_C3N4/ZnO/活性炭的功能性炭吸附材料的制备方法包括以下步骤： (1) 将木质或竹质原料进行粉碎、筛分和烘干； (2) 取IOg烘干后的原料在高纯氮气保护下以5°C /min的速率升温至420°C，并保温 Ih，自然冷却至室温； (3) 在搅拌条件下往50 mL蒸馏水中加入3g醋酸锌，反应20min后，再加入5g三聚氰 胺，继续搅拌反应30min，与步骤（2)制得的物料充分混合后，浸渍24h，80°C下烘干； (4) 将步骤（3)制得的物料在高纯氮气保护下以10°C /min的速率由室温升至500°C，恒 温2 h，再以0. 2°C/min的速率升至530°C，并恒温5h，自然冷却至室温，即得所述的g-C3N4/ ZnO/活性炭的功能性炭吸附材料，功能性炭吸附材料中ZnO的含量为5wt. %，g-C3N4的含量 为 8wt. %。
[0016] 实施例3 一种g_C3N4/ZnO/活性炭的功能性炭吸附材料的制备方法包括以下步骤： (1) 将木质或竹质原料进行粉碎、筛分和烘干； (2) 取IOg烘干后的原料在高纯氮气保护下以5°C /min的速率升温至450°C，并保温 I. 5h，自然冷却至室温； (3) 在搅拌条件下往50 mL蒸馏水中加入2g醋酸锌，反应20min后，再加入3g三聚