[發明專利]一種可見光-臭氧協同催化的催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202010699501.9
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111659453B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 馬棟;李蘭廷;李文博;王吉坤;高明龍;劉敏;陳貴鋒
• 申請（專利權）人: 煤炭科學技術研究院有限公司
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;C02F1/30;C02F1/72;C02F1/78;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/36;C02F103/34
• 代理公司: 北京智橋聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11560
• 代理人: 江莉莉

公開了一種可見光?臭氧協同催化的催化劑制備方法及由該制備方法制備得到的催化劑。所述催化劑制備方法包括步驟：制備活性組分ZnO?g?Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;和制備還原石墨烯雜化ZnO?g?Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;氣凝膠。本發明通過使g?Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;與ZnO組成Z型異質結粉體催化劑材料ZnO?g?Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;，并且將該粉體催化劑材料ZnO?g?Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;負載到三維結構的石墨烯凝膠骨架上，使得所得到的還原石墨烯雜化ZnO?g?Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;氣凝膠催化劑在可見光?臭氧協同催化下對有機污染物具有優異的降解效率，同時實現催化劑的快速高效分離和回收，使得所制備的催化劑具有優異的循環穩定活性。

技術領域

本發明涉及一種適用于煤化工高鹽廢水處理的可見光-臭氧協同催化的催化劑制備方法，特別是針對高鹽廢水中難降解雜環化合物的脫除的可見光-臭氧協同催化劑，該催化劑是一種“半導體-半導體/石墨烯”復合催化劑，本發明用于廢水處理技術領域，屬于工業催化領域。

背景技術

近年來，難降解有機污染物的降解問題引起了人們的廣泛關注，因為它們對自然環境和人類健康造成了極大的危害。特別是，煤化工生產過程產生的高濃鹽水中含有大量的難降解的有機物如PAHs、雜環化合物等，這些物質通常具有復雜的芳族分子結構，這使得它們更穩定并且更難以降解。如果不加以處理，這些有害物質會引起某些健康危害和環境污染。

在處理高濃度難生物降解的有機廢水過程中，用常規的物理法、化學法、生物法等難以解決凈化處理在經濟和技術上存在的問題，因此高級氧化技術應運而生。高級氧化技術作為有機廢水、工業廢水等深度處理中的核心部分，是指在光、電、催化劑等不同實驗反應條件下，產生具有強氧化能力的羥基自由基(·OH)并將大分子難降解有機物氧化成低毒或無毒的小分子物質，可有效解決COD、氨氮不達標的問題，具有適應范圍廣、反應發生快、對污染物無選擇性且處理徹底等優勢。目前高級氧化技術主要包括Fenton試劑氧化、電催化氧化、光催化氧化以及臭氧氧化等。

臭氧氧化技術發展較為成熟、應用市場巨大，但臭氧直接氧化難降解有機物的礦化度較低、TOC(總有機碳)去除效果不夠理想，臭氧直接氧化具有較強選擇性的缺點，使得較多的雜環有機物不能得到有效降解。

光催化氧化法作為一種新興的高級氧化技術，可將廢水中毒性大、難降解的有機污染物徹底礦化，反應過程操作簡便、能耗低且無二次污染，在焦化廢水深度處理中備受關注。然而目前最常用的光催化材料TiO₂存在著禁帶寬度大、無法利用可見光、電子空穴易復合、光催化活性差的問題，嚴重制約了光催化技術的實際應用能力。

2009年王心晨等報道的一種新興的有機半導體石墨氮化碳(g-C₃N₄)，獨特的電子結構和合適的禁帶寬度使其展現出優異的光催化性能。g-C₃N₄由C、N原子通過sp2雜化形成一個高度離域的共軛電子能帶結構，可以實現可見光下對有機物的降解以及分解水產氫。同時具有良好的化學穩定性、無毒無害、并且不含有金屬元素，這些優點使得g-C₃N₄作為一種光催化劑在光催化研究方面擁有很好的應用前景。然而單體g-C₃N₄存在著禁帶寬度大、可見光吸收不足、比表面積小、反應活性位點少、較低的電荷分離效率、降解活性低等問題，阻礙了g-C₃N₄的進一步應用。