[發明專利]氮化碳負載型催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010400742.9
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111450870A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 王郁現;任諾;陳春茂
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/34
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 朱穎;黃健

本發明提供一種氮化碳負載型催化劑及其制備方法和應用。所述氮化碳負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，對得到的固體產物實施第一煅燒處理，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，對干燥產物實施第二煅燒處理，得到所述氮化碳負載型催化劑。上述制備方法能夠制備得到具有特定結構并具有良好催化活性的氮化碳負載型催化劑，可高效降解水體中的難降解有機物。

技術領域

本發明涉及光催化材料領域，具體涉及一種氮化碳負載型催化劑及其制備方法和應用，具體而言，該氮化碳負載型催化劑可應用于含有機物水體的處理。

背景技術

工業化快速發展、人口增長和長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中，導致水污染加劇，隨著全球工業化的迅速發展，工業廢水成為造成水環境污染的主要來源，研究表明，工業廢水中含有石油類、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污染物，主要包括一些有機酸類(如環烷酸類)、酯類、醇類等，且這類污染物的分子結構上普遍帶有苯環、稠環等芳環和雜環，并具有毒性和致癌、致畸、致突變性，2015年在新頒布的《石油煉制工業污染物排放標準》(GB31570-2015)中，國家環保部對煉化廢水的排放提出了更嚴格的標準。為了解決廢水污染問題，抑制清潔水短缺的加劇，開發低成本、高效率的先進水處理技術來處理廢水是必要的。

近年來以自由基為主要活性物種的高級氧化技術(AOPs)得以快速發展，為處理難降解的含有機物廢水提供了新的解決方案。AOPs最初定義為產生強氧化性羥基自由基的技術，其目的是在環境條件下氧化不可生物降解、頑固性和有毒的有機污染物，除了在工業廢水處理方面的應用外，它們還用于飲用水處理，以去除主要用于消毒的常規氯化和臭氧處理無法處理的膜滲透性污染物，由于有機物的完全礦化可能成本高昂，AOPs在實踐中旨在將其礦化和部分氧化合成惰性、同時有助于消毒的產品。高級氧化技術通常又被稱做深度氧化技術，是一種使用強氧化物質與廢水中溶解的污染物反應的方法，以產生具有強氧化能力的羥基自由基(·OH)為特點，在高溫高壓、電、聲、光輻照、催化劑等反應條件下，使大分子難降解有機物氧化成低毒或無毒的小分子物質，根據產生·OH方式和反應條件的不同，高級氧化技術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氧化技術之一，可除去水中的持久性有機物和微生物，具有清潔、節能等優點，應用前景廣泛。由于目前光催化過程本身的活性氧自由基產量普遍較低，尤其是具有極強氧化性的·OH產量很低，導致對有機污染物的氧化降解具有選擇性，對分子結構穩定的有機物處理能力有限，導致其實際應用受限。目前，已有一些研究集中在高效光催化材料的研發上，通過優化材料的形貌結構、能帶結構、電子-空穴分離能力等方式提高光催化劑的催化性能。

半導體光催化技術作為一種低成本、環保和可持續的處理技術，在水/廢水處理行業中具有巨大的潛力。石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作為一種有前途的可見光響應型光催化劑，具有帶隙適中(2.7ev)、電子帶結構合理、無毒、成本低、穩定性好、制備方便、以及獨特的層狀結構等特點，但由于目前的g-C₃N₄光催化劑比表面積小、吸附性能差，且體系內對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。

為優化g-C₃N₄的催化性能，現階段出現了一些改性方法，如將其與不同的半導體材料(如WO₃等)復合形成異質結可以在一定程度上提升催化劑的性能，然而，異質結催化劑的催化活性依然會受到不同半導體材料之間的結合方式、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于本領域技術人員來說仍然是一個難題。