/ac功能性炭吸附材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于功能性炭材料领域，具体涉及一种吸附-热催化-光催化功能性炭吸 附材料Pt/g-C3N4/AC及其制备方法和应用。
【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 此研究一种在常温、常压、低耗费、高效率、操作工艺单简的再生方法成为国内外研究的热 点。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种Pt/g-C3N4/AC功能性炭吸附材料及其制备方法和应 用，制得的炭吸附材料具有热催化功能和光催化功能，在其吸附降解挥发性污染气体时具 有良好的效果，且受气体湿度影响小，可原位光催化再生。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种功能性炭吸附材料为Pt/g_C3N4/AC，具有吸附和光热耦合催化功能，其中Pt的含 量为(λ 05~0· Iwt. %，g-C3N4的含量为 3~8wt. %。
[0006] 制备方法：在50~60°C的恒温水浴中，将三嵌段共聚物Pluronic F127和Pluronic P123按摩尔比为1:2~1:5溶解于50mL乙醇中，并加入2~4g三聚氰胺，完全溶解后，边搅 拌边加入间苯二酚，使之完全溶解后，加入10~30mL质量分数为30%的甲醛溶液，随后加入 5~10mL 0. lmol/L的盐酸溶液，搅拌直至溶液出现明显的分层现象，加入氯钼酸，搅拌lh， 静置分层，取下层聚合物富集相，在65°C下真空烘干，在高纯氩气保护下，以5°C /min的速 率升温至350°C，保温lh，以2°C /min的速率升温至460°C，保温2h，再以0. 2°C /min的速 率升温至500~550°C，保温2h，自然冷却至室温，制得所述的功能性炭吸附材料PVg-C3N 4/ AC0
[0007] 所述的Pt/g-C3N4/AC应用于挥发性气体污染的深度净化。
[0008] 本发明的显著优点在于：本发明拓展了 g_C3N4的应用领域，提高了活性炭的品质 和应用范围。活性炭的存在改善了 g_C3N4的分散性，提高了 g_C3N4的催化活性；g_C3N4的 存在提高了活性炭的吸附性能；贵金属Pt的存在促进了热催化性能。Pt/g-C 3N4/AC具有吸 附、光催化功能和热催化功能，在吸附降解挥发性污染气体时具有良好的效果，且受气体湿 度影响小，可原位光催化再生。
【附图说明】
[0009] 图 1 为 Pt/g-C3N4/AC 和 g-C3N4 的 XRD 谱。
[0010] 图2为Pt/g-C3N4/AC和ACO的队吸附-脱附曲线图。
[0011] 图3为Pt/g-C3N4/AC和ACO的孔径分布曲线图。
【具体实施方式】
[0012] 一种功能性炭吸附材料为Pt/g-C3N4/AC，具有吸附和光热耦合催化功能，其中Pt 的含量为〇. 05~0,1wt. %。（采用X射线荧光光谱法测定Pt含量。） 制备方法：在50~60°C的恒温水浴中，将三嵌段共聚物Pluronic F127和Pluronic P123按摩尔比为1:2~1:5溶解于50mL乙醇中，并加入2~4g三聚氰胺，完全溶解后，边搅 拌边加入间苯二酚，使之完全溶解后，加入10~30mL质量分数为30%的甲醛溶液，随后加入 5~10mL 0. lmol/L的盐酸溶液，搅拌直至溶液出现明显的分层现象，加入氯钼酸，搅拌lh， 静置分层，取下层聚合物富集相，在65°C下真空烘干，在高纯氩气保护下，以5°C /min的速 率升温至350°C，保温lh，以2°C /min的速率升温至460°C，保温2h，再以0. 2°C /min的速 率升温至500~550°C，保温2h，自然冷却至室温，制得所述的功能性炭吸附材料PVg-C3N 4/ AC0
[0013] 所述的Pt/g-C3N4/AC应用于挥发性气体污染的深度净化。
[0014] 实施例1 一种制备Pt/g-C3N4/AC功能性炭吸附材料的方法，包括以下步骤： 在50°C的恒温水浴中，将三嵌段共聚物Pluronic F127和Pluronic P123按摩尔比为 1:2溶解于50mL的乙醇中，并加入三聚氰胺2g，搅拌完全溶解后，搅拌下加入间苯二酚，并 使其完全溶解后，加入IOmL质量分数为30%的甲醛溶液，随后加入0. lmol/L的盐酸溶液 10mL，搅拌直至溶液出现明显的分层现象，加入氯钼酸，搅拌lh，静置分层，取下层聚合物富 集相，在65°C下真空烘干，移入管式反应器，在高纯氩气保护下，以5 °C /min的速率升温至 350°C，保温lh，以2°C /min的速率升温至460°C，保温2h，再以0. 2°C /min的速率升温至 500°C，保温2h，自然冷却至室温；制得所述的Pt/g-C3N4/AC功能性炭吸附材料。
[0015] Pt/g-C3N4/AC功能性炭吸附材料中Pt的质量含量为0. 05%，g-C3N4的质量含量为 3% 〇
[0016] 实施例2 一种制备Pt/g-C3N4/AC功能性炭吸附材料的方法，包括以下步骤： 在60°C的恒温水浴中，将三嵌段共聚物Pluronic F127和PluronicP123按摩尔比为 1:5溶解于50mL的乙醇中，并加入三聚氰胺4g，搅拌完全溶解后，搅拌下加入间苯二酚，并 使其完全溶解后，加入30mL质量分数为30%的甲醛溶液，随后加入0. lmol/L的盐酸溶液 5mL，搅拌直至溶液出现明显的分层现象，加入氯钼酸，搅拌lh，静置分层，取下层聚合物富 集相，在65°C下真空烘干，移入管式反应器，在高纯氩气保护下，以5 °C /min的速率升温至 350°C，保温lh，以2°C /min的速率升温至460°C，保温2h，再以0. 2°C /min的速率升温至 550°C，保温2h，自然冷却至室温；制得所述的Pt/g-C3N4/AC功能性炭吸附材料。
[0017] PVg-C3N4AC功能性炭吸附材料中Pt的质量含量为0. 1%，g-C3N4的质量含量为 8% 〇
[0018] 实施例3 一种制备Pt/g-C3N4/AC功能性炭吸附材料的方法，包括以下步骤： 在55°C的恒温水浴中，将三嵌段共聚物Pluronic F127和PluronicP123按摩尔比为 1:3溶解于50mL的乙醇中，并加入三聚氰胺3g，搅拌完全溶解后，搅拌下加入间苯二酚，并 使其完全溶解后，加入20mL质量分数为30%的甲醛溶液，随后加入0. lmol/L的盐酸溶液 8mL，搅拌直至溶液出现明显的分层现象，加入氯钼酸，搅拌lh，静置分层，取下层聚合物富 集相，在65°C下真空烘干，移入管式反应器，在高纯氩气保护下，以5 °C /min的速率升温至 350°C，保温lh，以2°C /min的速率升温至460°C，保温2h，再以0. 2°C /min的速率升温至 520°C，保温2h，自然冷却至室温；制得所述的Pt/g-C3N4/AC功能性炭吸附材料。
[0019] PVg-C3N4AC功能性炭吸附材料中Pt的质量含量为0. 08%，g-C3N4的质量含量为 5% 〇
[0020] 吸附降解实验：在自制的石英夹套式反应器（反应器容积2L)中进行，石英管内置 350 W球型氙灯为光源，向反应器外层夹套通入恒温水（外接循环恒温水浴）以维持反应 温度恒定，反应器外层以铝箔包覆，以避免其它光干扰。反应器的反应室内装一定量的催化 齐U，并充入一定量的待测气体，并通过通入水蒸汽调节气体湿度，打开光源，反应一定时间 后取样，通过色谱检测待测气体的浓度。
[0021] g-C3N4/AC制备方法：与制备PVg-C3VAC相同条件下不加氯钼酸制得。ACO的制 备方法：与制备Pt/g-C 3N4/AC相同条件下不加三聚氰胺和氯钼酸制得。
[0022] 应用例1 表1为在光照和暗条件下Pt/g-C3N4/AC、g-C3N4/AC和ACO对含甲醛气体的吸附降解实 验。由表可以看出，在暗条件下，Pt/g_C3N4/AC对含甲醛气体的净化效果略小于ACO ;而在 光照条件下，Pt/g_C3N4/AC对甲醛的净化效果明显好于g-C 3N4/AC和AC0。
[0023] 表1为在光照和暗吸附条件下Pt/g-C3N4/AC、g_C 3N4/AC和ACO对甲醛的吸附降解 效果 应用例2
【主权项】
1. 一种功能性炭吸附材料，其特征在于：所述的材料为Pt/g-C 3N4/AC，具有吸附和光热 耦合催化功能。
2. 根据权利要求1所述的功能性炭吸附材料，其特征在于：Pt/g-C3N4/AC中Pt的含量 为 0· 05~0· Iwt. %，g-C3N4的含量为 3~8wt. %。
3. -种制备如权利要求1所述的功能性炭吸附材料的方法，其特征在于：在50~60°C 的恒温水浴中，将三嵌段共聚物Pluronic F127和Pluronic P123按摩尔比为1:2~1:5溶 解于50mL乙醇中，并加入2~4g三聚氰胺，完全溶解后，边搅拌边加入间苯二酚，使之完全溶 解后，加入10~30mL质量分数为30%的甲醛溶液，随后加入5~10mL 0. lmol/L的盐酸溶液， 搅拌直至溶液出现明显的分层现象，加入氯钼酸，搅拌lh，静置分层，取下层聚合物富集相， 在65°C下真空烘干，在高纯氩气保护下，以5°C /min的速率升温至350°C，保温lh，以2°C / min的速率升温至460°C，保温2h，再以0. 2°C /min的速率升温至500~550°C，保温2h，自然 冷却至室温，制得所述的功能性炭吸附材料Pt/g-C3N 4/AC。
4. 一种如权利要求1所述的功能性炭吸附材料的应用，其特征在于：所述的PVg-C3N 4/ AC应用于挥发性气体污染的深度净化。
【专利摘要】本发明公开了一种Pt/g-C3N4/AC功能性炭吸附材料及其制备方法和应用，将贵金属Pt的热催化功能、聚合物g-C3N4的光催化性能和活性炭的强吸附性能有机结合，制备出一种高效的吸附-热催化-光催化功能的炭吸附材料Pt/g-C3N4/AC，其在净化污染物时表现出良好的效果。本发明拓展了g-C3N4的应用领域，提高了活性炭的品质和应用范围。活性炭的存在改善了g-C3N4的分散性，提高了g-C3N4的催化活性；g-C3N4的存在提高了活性炭的吸附性能；贵金属Pt的存在促进了热催化性能。Pt/g-C3N4/AC在吸附降解挥发性污染气体时具有良好的效果，且受气体湿度影响小，可原位光催化再生。
【IPC分类】B01D53-86, B01J20-20, B01J27-24
【公开号】CN104587957
【申请号】CN201510032453
【发明人】陈孝云, 陈星 , 陆东芳, 华月钿, 叶红
【申请人】福建农林大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月23日