本發(fā)明屬于環(huán)保新材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種石墨型C₃N₄材料的制備方法、石墨型C₃N₄材料及其應(yīng)用，具體涉及一種石墨型C₃N₄材料在處理垃圾滲濾液中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

近年來，環(huán)境污染問題日益突出，環(huán)境光催化技術(shù)被認(rèn)為是一種低成本、環(huán)境友好型的環(huán)境治理技術(shù)。目前高性能、無害光催化材料的設(shè)計(jì)與開發(fā)成為環(huán)境光催化技術(shù)發(fā)展的方向，被廣泛關(guān)注。

C₃N₄是一種具有石墨結(jié)構(gòu)的非金屬聚合物半導(dǎo)體，由于其獨(dú)特的光學(xué)特性，且具有較高的穩(wěn)定性、易制備和無毒等特點(diǎn)，作為一種光催化材料在環(huán)境有機(jī)污染物降解、光解水制氫等領(lǐng)域具有廣泛研究。然而，傳統(tǒng)方法制備的C₃N₄材料比表面積較小，量子效率低等缺點(diǎn)，致使其光催化活性較低。目前已有文獻(xiàn)報(bào)道新型合成C₃N₄材料的方法，改善了其比表面積小，光催化活性低等缺點(diǎn)，但其所需要原材料成本高，制備過程比較繁瑣，不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種原料種類少且價(jià)格低廉、工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的石墨型C₃N₄材料的制備方法，還提供了一種由該方法制得的比表面積大、光催化活性高的石墨型C₃N₄材料及該石墨型C₃N₄材料在處理垃圾滲濾液中的應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種石墨型C₃N₄材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、升溫煅燒：按升溫速率為3℃/min～8℃/min，將尿素升溫加熱至500℃～600℃；

S2、恒溫煅燒：將溫度保持在500℃～600℃煅燒，得到石墨型C₃N₄材料。

上述的石墨型C₃N₄材料的制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟S2中所述煅燒的時(shí)間為2h～4h。

作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種石墨型C₃N₄材料，所述石墨型C₃N₄材料由上述的制備方法制備得到。

上述的石墨型C₃N₄材料中，優(yōu)選的，所述石墨型C₃N₄材料的比表面積為30.1m²/g～68.7m²/g。

作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種上述的石墨型C₃N₄材料在處理垃圾滲濾液中的應(yīng)用。

上述的應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述應(yīng)用的方法包括以下步驟：向垃圾滲濾液中加入所述石墨型C₃N₄材料超聲分散，然后在光照條件下進(jìn)行振蕩降解處理，完成對(duì)垃圾滲濾液的降解。

上述的應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述石墨型C₃N₄材料的添加量為每100mL垃圾滲濾液中添加石墨型C₃N₄材料0.01g～0.05g。

上述的應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述垃圾滲濾液中初始總有機(jī)碳濃度為80mg/L～160mg/L。

上述的應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述超聲分散的頻率為5KHz～10KHz，時(shí)間為3min～5min。

上述的應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述光照的強(qiáng)度為10Lux～20Lux；所述振蕩降解處理的轉(zhuǎn)速為120r/min～150r/min，時(shí)間為24h～48h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明提供了一種石墨型C₃N₄材料的制備方法，以尿素為原料經(jīng)升溫煅燒和恒溫煅燒后制得石墨型C₃N₄材料。本發(fā)明中通過控制升溫煅燒階段的升溫速率，其結(jié)果是石墨型C₃N₄材料具有完全不同的形貌特點(diǎn)，且具有較大的不同的比表面積。本發(fā)明方法制得的石墨型C₃N₄材料的比表面積為30.1m²/g～68.7m²/g，具有比表面積大、光催化活性高等優(yōu)點(diǎn)，具有高效、長(zhǎng)期光催化降解污染物的性能。若制備方法中沒有對(duì)升溫煅燒階段的升溫速率進(jìn)行控制，則石墨型C₃N₄材料的比表面積將得不到本發(fā)明這樣的效果，無法滿足實(shí)際需求。

2、本發(fā)明提供了一種石墨型C₃N₄材料的制備方法，是一種快速制備石墨型C₃N₄材料的方法，其需要的原料種類少且價(jià)格低廉，工藝簡(jiǎn)單，有效降低了生產(chǎn)成本低，適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3、本發(fā)明的石墨型C₃N₄材料可用于光催化降解垃圾滲濾液，能夠高效降解垃圾滲濾液中有機(jī)污染物，對(duì)垃圾滲濾液具有很好的預(yù)處理效果，為后續(xù)垃圾滲濾液的生物處理提供便利。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1制備的石墨型C₃N₄材料的透射電鏡(TEM)圖。

圖2為實(shí)施例1制備的石墨型C₃N₄材料的掃描電鏡(SEM)圖。

圖3為實(shí)施例1制備的石墨型C₃N₄材料的X射線衍射(XRD)圖。

圖4為實(shí)施例3中不同石墨型C₃N₄材料添加量對(duì)垃圾滲濾液的降解效果圖。

圖5為實(shí)施例4中石墨型C₃N₄材料對(duì)不同初始濃度垃圾滲濾液的降解效果圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

以下實(shí)施例中所采用的材料和儀器均為市售。

實(shí)施例1

一種本發(fā)明的石墨型C₃N₄材料的制備方法，包括以下步驟：

稱取6份尿素，每份10g，分別置于100mL的坩堝中，蓋好蓋子，然后用錫箔紙包裹嚴(yán)實(shí)；把上述樣品放置在馬弗爐的中間位置，進(jìn)行煅燒。煅燒具體為，按升溫速率分別為3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min，將尿素從室溫升溫加熱至600℃，然后將溫度保持在600℃恒溫煅燒4h。在空氣中冷卻后，將樣品在研缽中研磨5min，所得的亮黃色粉末即為石墨型C₃N₄材料。本實(shí)施例中，升溫速率為3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min時(shí)制得的石墨型C₃N₄材料分別編號(hào)為A1、A2、A3、A4、A5、A6，它們的比表面積測(cè)試結(jié)果見表1。

圖1為本實(shí)施例制備的石墨型C₃N₄材料A3的TEM圖。如圖1所示，本發(fā)明制備的石墨型C₃N₄材料具有片狀結(jié)構(gòu)。

圖2為本實(shí)施例制備的石墨型C₃N₄材料A3的SEM圖。如圖2所示，本發(fā)明制備的石墨型C₃N₄材料具有較大的比表面積。

圖3為本實(shí)施例制備的石墨型C₃N₄材料A3的XRD圖。如圖3所示，本發(fā)明制備的石墨型C₃N₄材料在27.2°處有明顯的衍射峰。

表1 本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的石墨型C₃N₄材料的比表面積測(cè)試結(jié)果

由表1中的數(shù)據(jù)可得知，升溫速率越快，石墨型C₃N₄材料的比表面積越大；當(dāng)升溫速率超過8℃/min，最后制得石墨型C₃N₄材料的量越來越少，甚至尿素全部跑掉，一點(diǎn)固體都不會(huì)殘留，得不到石墨型C₃N₄材料。由此可見，本發(fā)明通過控制升溫煅燒階段的升溫速率，不僅能夠獲得比表面積大的石墨型C₃N₄材料，同時(shí)還能保證石墨型C₃N₄材料的產(chǎn)量，從而提高生產(chǎn)效率，以滿足實(shí)際需求。

實(shí)施例2

一種本發(fā)明的石墨型C₃N₄材料的制備方法，包括以下步驟：

稱取3份尿素，每份10g，分別置于100mL的坩堝中，蓋好蓋子，然后用錫箔紙包裹嚴(yán)實(shí)；把上述樣品放置在馬弗爐的中間位置，進(jìn)行煅燒。煅燒具體為，按升溫速率為5℃/min將尿素從室溫升溫加熱至600℃，然后保持溫度在600℃恒溫煅燒，恒溫煅燒時(shí)間分別為2h、3h、4h。在空氣中冷卻后，將樣品在研缽中研磨5min，所得的亮黃色粉末即為石墨型C₃N₄材料。本實(shí)施例中，恒溫煅燒時(shí)間為2h、3h、4h時(shí)制得的石墨型C₃N₄材料分別編號(hào)為B1、B2、B3，它們的比表面積測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的石墨型C₃N₄材料的比表面積測(cè)試結(jié)果

由表2中的數(shù)據(jù)可得知，煅燒時(shí)間的延長(zhǎng)有助于石墨型C₃N₄材料的片狀結(jié)構(gòu)形成，從而大大的增加了其比表面積。若恒溫煅燒時(shí)間太長(zhǎng)，尿素也會(huì)全部跑掉，一點(diǎn)固體都不會(huì)殘留，得不到石墨型C₃N₄材料。由此可見，本發(fā)明通過控制恒溫煅燒階段的煅燒時(shí)間，不僅能夠獲得比表面積大的石墨型C₃N₄材料，同時(shí)還能保證石墨型C₃N₄材料的產(chǎn)量，從而提高生產(chǎn)效率，以滿足實(shí)際需求。

實(shí)施例3

一種本發(fā)明的石墨型C₃N₄材料在處理垃圾滲濾液中的應(yīng)用，包括以下步驟：

向垃圾滲濾液中加入實(shí)施例1制得的石墨型C₃N₄材料A3，于頻率為10KHz條件下進(jìn)行超聲分散3min，所得混合液在光照強(qiáng)度為15Lux的光照條件下，于轉(zhuǎn)速為150r/min下振蕩降解處理48h，完成對(duì)垃圾滲濾液的降解。本實(shí)施例中，每100mL的垃圾滲濾液中添加石墨型C₃N₄材料分別為0.01g、0.02g、0.03g、0.04g、0.05g，其中垃圾滲濾液中初始總有機(jī)碳濃度為100mg/L。

圖4為不同石墨型C₃N₄材料添加量對(duì)垃圾滲濾液的降解效果圖。如圖4所示，本發(fā)明制備的石墨型C₃N₄材料對(duì)于初始TOC濃度為100mg/L的垃圾滲濾液，經(jīng)過48h的光照振蕩降解，TOC的殘留濃度依次為77.5mg/L、73.2mg/L、68.5mg/L、60.2mg/L、53.6mg/L。由此可見，本發(fā)明制備的石墨型C₃N₄材料對(duì)垃圾滲濾液具有很好的預(yù)處理效果，為后續(xù)垃圾滲濾液的生物處理提供便利。

實(shí)施例4

一種本發(fā)明的石墨型C₃N₄材料在處理垃圾滲濾液中的應(yīng)用，包括以下步驟：

向垃圾滲濾液中加入實(shí)施例1制得的石墨型C₃N₄材料A3，于頻率為10KHz條件下進(jìn)行超聲分散3min，所得混合液在光照強(qiáng)度為15Lux的光照條件下，于轉(zhuǎn)速為150r/min下進(jìn)行振蕩降解處理48h，完成對(duì)垃圾滲濾液的降解。本實(shí)施例中，每100mL的垃圾滲濾液中添加石墨型C₃N₄材料為0.05g，其中垃圾滲濾液中初始總有機(jī)碳濃度分別為80mg/L、100mg/L、120mg/L、140mg/L、160mg/L。

圖5為本發(fā)明石墨型C₃N₄材料對(duì)不同初始濃度垃圾滲濾液的降解效果圖。如圖5所示，本發(fā)明制備的石墨型C₃N₄材料對(duì)于初始TOC濃度分別為80mg/L、100mg/L、120mg/L、140mg/L、160mg/L的垃圾滲濾液，經(jīng)過48h的光照振蕩降解，TOC的殘留濃度依次為39.2mg/L、53.6mg/L、77.3mg/L、98.5mg/L、120.6mg/L。由此，本發(fā)明制備的石墨型C₃N₄材料對(duì)垃圾滲濾液具有很好的預(yù)處理效果，為后續(xù)垃圾滲濾液的生物處理提供便利。

綜上所述，本發(fā)明提供的石墨型C₃N₄材料具有良好的光催化降解垃圾滲濾液中有機(jī)污染物的性能；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的快速制備方法，其需要的原料種類少且價(jià)格低廉，工藝簡(jiǎn)單，有效降低了生產(chǎn)成本，適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例。凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)該指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下的改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。