[發(fā)明專利]氮化碳負(fù)載型催化劑及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010400742.9
• 申請(qǐng)日: 2020-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN111450870A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王郁現(xiàn);任諾;陳春茂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（北京）
• 主分類號(hào): B01J27/24
• 分類號(hào): B01J27/24;B01J35/10;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/34
• 代理公司: 北京同立鈞成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11205
• 代理人: 朱穎;黃健

本發(fā)明提供一種氮化碳負(fù)載型催化劑及其制備方法和應(yīng)用。所述氮化碳負(fù)載型催化劑的制備方法包括：將包括三聚氰胺和尿素的原料加入第一溶劑中，加熱攪拌至第一溶劑蒸干，對(duì)得到的固體產(chǎn)物實(shí)施第一煅燒處理，制成g?C₃N₄；將g?C₃N₄與鎢酸原料于第二溶劑中混合均勻，隨后過濾、干燥，對(duì)干燥產(chǎn)物實(shí)施第二煅燒處理，得到所述氮化碳負(fù)載型催化劑。上述制備方法能夠制備得到具有特定結(jié)構(gòu)并具有良好催化活性的氮化碳負(fù)載型催化劑，可高效降解水體中的難降解有機(jī)物。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光催化材料領(lǐng)域，具體涉及一種氮化碳負(fù)載型催化劑及其制備方法和應(yīng)用，具體而言，該氮化碳負(fù)載型催化劑可應(yīng)用于含有機(jī)物水體的處理。

背景技術(shù)

工業(yè)化快速發(fā)展、人口增長(zhǎng)和長(zhǎng)期干旱造成的清潔水源需求增加和短缺已成為世界性問題，大量的微生物和污染物排放到自然水循環(huán)中，導(dǎo)致水污染加劇，隨著全球工業(yè)化的迅速發(fā)展，工業(yè)廢水成為造成水環(huán)境污染的主要來(lái)源，研究表明，工業(yè)廢水中含有石油類、氨氮、硫、酚、氰化物等污染物，還含有一些微量且難以生物降解的有機(jī)污染物，主要包括一些有機(jī)酸類(如環(huán)烷酸類)、酯類、醇類等，且這類污染物的分子結(jié)構(gòu)上普遍帶有苯環(huán)、稠環(huán)等芳環(huán)和雜環(huán)，并具有毒性和致癌、致畸、致突變性，2015年在新頒布的《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB31570-2015)中，國(guó)家環(huán)保部對(duì)煉化廢水的排放提出了更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。為了解決廢水污染問題，抑制清潔水短缺的加劇，開發(fā)低成本、高效率的先進(jìn)水處理技術(shù)來(lái)處理廢水是必要的。

近年來(lái)以自由基為主要活性物種的高級(jí)氧化技術(shù)(AOPs)得以快速發(fā)展，為處理難降解的含有機(jī)物廢水提供了新的解決方案。AOPs最初定義為產(chǎn)生強(qiáng)氧化性羥基自由基的技術(shù)，其目的是在環(huán)境條件下氧化不可生物降解、頑固性和有毒的有機(jī)污染物，除了在工業(yè)廢水處理方面的應(yīng)用外，它們還用于飲用水處理，以去除主要用于消毒的常規(guī)氯化和臭氧處理無(wú)法處理的膜滲透性污染物，由于有機(jī)物的完全礦化可能成本高昂，AOPs在實(shí)踐中旨在將其礦化和部分氧化合成惰性、同時(shí)有助于消毒的產(chǎn)品。高級(jí)氧化技術(shù)通常又被稱做深度氧化技術(shù)，是一種使用強(qiáng)氧化物質(zhì)與廢水中溶解的污染物反應(yīng)的方法，以產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基(·OH)為特點(diǎn)，在高溫高壓、電、聲、光輻照、催化劑等反應(yīng)條件下，使大分子難降解有機(jī)物氧化成低毒或無(wú)毒的小分子物質(zhì)，根據(jù)產(chǎn)生·OH方式和反應(yīng)條件的不同，高級(jí)氧化技術(shù)降解污染物的水處理方法可分為Fenton氧化法、光催化氧化法、臭氧氧化法、過硫酸鹽氧化法等。

光催化氧化法是主要的高級(jí)氧化技術(shù)之一，可除去水中的持久性有機(jī)物和微生物，具有清潔、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣泛。由于目前光催化過程本身的活性氧自由基產(chǎn)量普遍較低，尤其是具有極強(qiáng)氧化性的·OH產(chǎn)量很低，導(dǎo)致對(duì)有機(jī)污染物的氧化降解具有選擇性，對(duì)分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的有機(jī)物處理能力有限，導(dǎo)致其實(shí)際應(yīng)用受限。目前，已有一些研究集中在高效光催化材料的研發(fā)上，通過優(yōu)化材料的形貌結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)、電子-空穴分離能力等方式提高光催化劑的催化性能。

半導(dǎo)體光催化技術(shù)作為一種低成本、環(huán)保和可持續(xù)的處理技術(shù)，在水/廢水處理行業(yè)中具有巨大的潛力。石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作為一種有前途的可見光響應(yīng)型光催化劑，具有帶隙適中(2.7ev)、電子帶結(jié)構(gòu)合理、無(wú)毒、成本低、穩(wěn)定性好、制備方便、以及獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，但由于目前的g-C₃N₄光催化劑比表面積小、吸附性能差，且體系內(nèi)對(duì)光生載流子的分離效率較低(電子空穴分離效率低)，其催化性能并不理想。

為優(yōu)化g-C₃N₄的催化性能，現(xiàn)階段出現(xiàn)了一些改性方法，如將其與不同的半導(dǎo)體材料(如WO₃等)復(fù)合形成異質(zhì)結(jié)可以在一定程度上提升催化劑的性能，然而，異質(zhì)結(jié)催化劑的催化活性依然會(huì)受到不同半導(dǎo)體材料之間的結(jié)合方式、接觸面積等多種因素的影響，如何獲得具有較高催化活性的光催化劑對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說仍然是一個(gè)難題。