本發明涉及環保復合新材料領域，尤其涉及凹凸棒石生物炭石墨相氮化碳復合光催化體及其制備方法和用途。

背景技術：

1、鉻是工業生產中最常用的重金屬也是重點防控的重金屬污染物之一。其毒性?依價態不同而有很大差異，三價鉻毒性很低，是人體必需的微量元素之一，在肌?體的糖代謝和脂代謝過程中發揮著特殊的作用，與三價鉻不同，六價鉻的生物毒?性很大其毒性是?cr(ⅲ)的?300?倍以上。

2、鑒于?cr(ⅵ)污染的嚴重危害性，我國對?各類水體、固體廢物浸出液的?cr(ⅵ)濃度限值均有嚴格的規定，其中我國《生活?飲用水衛生標準》?(gb5749-2006)?和《污水綜合排放標準》?(gb8978-2002)?對?cr(ⅵ)的限值分別為?0.05?和?0.5?mg/l?；《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》?(gb50853-2007)?中關于固體廢物浸出液的?cr(ⅵ)濃度限值為?5mg/l?。甘肅省是?全國鉻鹽大省，白銀市、酒泉市、張掖市有大批因礦建企的鉻鹽廠，歷史遺留的鉻污染場地和鉻渣場對當地居民的生產生活造成了嚴重的危害。因此有效的?清除土壤中的?cr(ⅵ)具有重要意義，近年來對?cr(ⅵ)的高效去除也已成為研究熱?點之一。

3、目前去除?cr(ⅵ)的方法主要有電化學催化法、離子交換法、化學沉淀法、?光催化還原法?、吸附法等。在眾多處理方法中，吸附法具有經濟、環保、?工藝流程簡單、運行穩定可靠等優勢，特別適合于?cr(ⅵ)廢水的處理及?cr(ⅵ)?污染土壤的修復。而現有的吸附劑大多數存在吸附量低、吸附緩慢以及最優?ph?值范圍較窄等問題，限制了它們的應用。

4、因此，研究開發具有較高吸附容量、較快吸附速率以及較寬?ph?值范圍的吸附劑成為一個亟待解決的問題。

5、研究發現黏土礦物由于具有較大的比表面積、較高的吸附容量、較強的離子?交換能力和生物相容性，對?cr?(vi)具有優異的吸附能力和環境修復效果。?凹凸棒石(attapulgite?atp)又稱坡縷石(palygorskite)，是一種層鏈狀結構的含水富?鎂鋁硅酸鹽黏土礦物，因用途廣泛而有?“千種用土、萬土之王”之稱，主要分布?在我國甘肅、江蘇、安徽等省。甘肅凹凸棒石遠景儲量豐富，主要分布在張掖市臨澤縣和白銀市的會寧縣和靖遠縣，且張掖市臨澤縣所產凹凸棒石?多為磚紅色富鐵凹凸棒石。凹凸棒石選擇吸附性能優良，且有較大的吸附容量，?可用于重金屬污水處理、重金屬污染土壤的修復及其他有毒害物質的吸附處理。

6、研究顯示凹凸棒石在以上領域具有極大的潛力。酸活化、熱活化可以顯著改變凹凸棒石的比表面積，增大其吸附?性能并促進凹凸棒石的陽離子交換能力。但凹凸棒石表面只有單一的羥基官能?團，且研究發現凹凸棒石由于帶有結構負電荷和表面負電荷，對重金屬離子的?配位和絡合能力有限。

7、生物炭（biochar?bc）是指“生物質材料在缺氧或者無氧條件下，通過高溫?熱解（<700°c）產生的一類穩定的、高度芳香化的、富含碳素的固體物質?。?生物炭具有發達的孔隙結構、豐富的表面官能團和大量表面電荷等理化性質而具?有較好的吸附能力，目前已被廣泛應用于凈化水源、吸附重金屬、改良土壤等領?域。我國是農業大國，農作物秸稈資源儲量豐富。根據?2018?年《中國統計年鑒》?中提供的主要作物產量的數據計算得出?2017?年的主要農作物秸稈理論總產量?約為?8.84?億噸，其中玉米秸稈約為?4.04?億噸，張掖市是全國最大雜交玉米種子?生產基地，?占到了全國玉米產種量的50％以上，在玉米種子的生產過程中產生?了大量的玉米秸稈農林廢棄物，生物質資源異常豐富。

8、吸附法同時也具有吸附材料吸附性能?差異大、吸附效果不穩定、再生困難、飽和吸附后的吸附劑難處理，造成二次污?染等缺點。因此，構建具有優異吸附性能與良好原位還原?cr?(vi)能力的反應體?系成為一個亟待解決的問題。

9、近年來，隨著光催化技術的發展，光催化還原cr(vi)?的研究已經引起眾多?研究者的興趣。

10、但是傳統的光催化劑大都具有較大帶隙，光譜響應范圍窄；光生?電子-空穴對容易復合，光催化量子產率較低；光催化劑選擇吸附性能較差且穩?定性不足，容易失活以及金屬類催化劑對環境造成新的污染等問題。這都在一定?程度上限制了光催化技術的工業化應用。因此如何提高光催化劑的光譜響應范圍和催化效率成為光催化技術產業化的關鍵問題。

11、自?2009?年王興晨教授課題組首先發現?g-c3n4?可以應用于光催化領域后，?g-c3n4?由于其制備簡單、成本低廉、穩定性、半導電性和中等帶隙寬度（約?2.?7?ev）等特性充分顯示?g-c3n4?是一種無毒害且較為高效的非金屬半導體材料，從?而引起科學研究人員的廣泛關注并有文獻顯示?g-c3n4?及其復合材料對?cr(ⅵ)具?有很好的光催化還原性能。?目前常用于制備?g-c3n4?的反應物有氰胺、雙氰?胺、三聚氰胺、三聚氰氯、尿素、硫脲等廉價富氮化合物，而?g-c3n4?的合成方?法有熱聚合法、高溫高壓法、沉積法以及溶劑熱法等。目前主要的合成方法有溶?劑熱法和熱縮聚法。

12、而甘肅省河西走廊的金昌市、古浪縣有多家大型氰胺廠，氰?胺、雙氰胺資源豐富，可以為制備石墨相氮化碳提供優質原料。但是，石墨相?g-c3n4?也存在一些局限性，如其光生載流子易復合、較低的比表面積和孔隙度、?較窄的可見光響應范圍等。

技術實現思路

1、發明的目的：為了提供效果更好的凹凸棒石生物炭石墨相氮化碳復合光催化體及其制備方法和用途，具體目的見具體實施部分的多個實質技術效果。

2、為了達到如上目的，本發明采取如下技術方案：

3、凹凸棒石生物炭石墨相氮化碳復合光催化體，其特征在于，其成分為凹凸棒石生物炭石墨相氮化碳。

4、凹凸棒石生物炭石墨相氮化碳復合光催化體的制備方法，其特征在于，采用凹凸棒石、玉米秸稈和雙氰胺共混，對混合物高溫熱解，構建凹凸棒石/生物炭/石墨相氮化碳復合光催化體系。

5、本發明進一步技術方案在于，利用生物質熱解過程產生的有機官能團改性凹凸棒石的表面結構制備對?cr(ⅵ)具有優異吸附性能的凹凸棒石/生物炭復合材料，并以其為催化劑載體，利用載體大的比表面積增大?g-c3n4?在載體表面的分散性，增加光催化活性位點，拓寬?g-c3n4?的光響應范圍，達到吸附?cr(ⅵ)并在可見光條件下對?cr(ⅵ)原位可見光催化還原。

6、本發明進一步技術方案在于，對混合物高溫熱解的時候采用一鍋法制備；生物炭和凹凸棒石具有較高的比表面積，可以對污染物顯示出增強的吸附性能，增大復合材料與污染物的接觸；另外載體較大的比表面積可以增加?g-c3n4?的表面?分散性，防止其團聚，為光催化反應提供了更多的活性位點；再次，分散的光催?化劑可以提高光生載流子的分離效率，增加光催化活性；利用凹凸棒石吸附裂解油改善其表面單一羥基官能團，增加與cr(ⅵ)的吸?附反應活性位點。

7、本發明進一步技術方案在于，凹凸棒為純化的凹凸棒石；其制備方法為采用凹凸棒石原土配合六偏磷酸鈉容器，攪拌微懸浮液后，采用加熱和超聲攪拌制作為超分散凹凸棒石顆粒懸浮液，隨后經過靜止和分層，獲得純化的純化的凹凸棒石。

8、本發明進一步技術方案在于，凹凸棒石與粉碎的玉米秸稈通過物理共混和高溫熱解的方式制備凹凸棒石/生物炭復合材料，在高溫熱解制備玉米秸稈基生物炭的同時將凹凸棒石熱活化，增大凹凸棒石的比表面積并吸附裂解油，在凹凸棒?石表面形成大量有機官能團，與生物炭優異的理化性能協同增加對?cr?(vi)的吸?附絡合能力并可對受損土壤進行修復。

9、本發明進一步技術方案在于，對混合物高溫熱解的熱解溫度為300-700℃。

10、本發明進一步技術方案在于，凹凸棒石、玉米秸稈和雙氰胺共混后，經過超聲攪拌獲得均勻懸濁液，隨后經過抽濾和干燥，獲得凹凸棒石生物炭石墨相氮化碳復合光催化體。

11、凹凸棒石生物炭石墨相氮化碳復合光催化體作為吸附重金屬的物質的用途。

12、凹凸棒石生物炭石墨相氮化碳復合光催化體作為對復合材料的原位光催化和還原的物質的用途；或者凹凸棒石生物炭石墨相氮化碳復合光催化體作為對復合材料的原位光催化和還原的物質或者同時作為吸附重金屬的物質的用途。

13、采用如上技術方案的本發明，相對于現有技術有如下有益效果：

14、1?)?解決傳統吸附劑對?cr(ⅵ)?吸附容量小、有二次污染、還原效率不穩定的瓶頸問題，為當地優勢資源的高值化利用提供技術支持。

15、2?)?通過生物炭與?g-c3n4?的耦合作用以期拓寬?g-c3n4?的可見光響應范圍，提高光生載流子的分離效率，解決當地突出環保問題，為光催化技術的實用化提供技術。

16、3?)?系統研究反應過程中的吸附機理、光催化還原反應過程中電子—空穴對?的分離、電荷傳輸、催化劑表面與?cr(ⅵ)的相互作用等科學問題，為以后探討基本的光催化還原反應機理提供了基礎。

17、鍋法煅燒制備?atp/bc/g-c3n4?復合光催化材?料，利用凹凸棒石吸附裂解油改善其表面單一羥基官能團，增加與cr(ⅵ)?的吸附反應活性位點。煅燒過程中生物炭與?g-c3n4的結合又可促進?g-c3n4?的可見光催化活性。因此項目的實施具有較好的應用前景。

18、2?)?結合甘肅省張掖市地域資源優勢及環境水文特征，利用本地凹凸棒石、?玉米秸稈和富氮工業產品制備作為鉻污染土壤中cr(ⅵ)?吸附、清除材料，為當地?優勢資源開發利用提供了一個可行的思路，對當地鉻污染土壤處理提供可行方案，?項目的實施具有一定的社會價值。