[發明專利]CuO@氮摻雜碳復合催化材料在光熱催化產非自由基中的應用

有效

• 申請號: 202110394894.7
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113104928B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 李倩;陳翼;蘇園;高寶玉;岳欽艷
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C02F1/30
• 分類號: C02F1/30;B01J27/24;B01J37/03;B01J37/08;C02F101/34
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 張宏松

本發明涉及一種CuO@氮摻雜碳復合催化材料在光熱催化產非自由基中的應用。本發明將具有三維網絡結構的納米CuO@氮摻雜碳復合催化材料用作光熱催化劑，發生光熱催化的同時會產生大量的非自由基，尤其適用于復雜水環境中污染物的降解。對雙酚類有機污染物廢水具有良好的去除效果；能夠抵御實際水體中的無機陰離子的影響，減少降解副產物的產生，更加適用于實際廢水的處理；光熱催化降解實現對太陽能的高效、清潔利用。

技術領域

本發明涉及CuO@氮摻雜碳復合催化材料在光熱催化產非自由基中的應用，屬于化學及環境技術領域。

背景技術

隨著工業化的快速發展，環境污染問題日益嚴重。太陽能是最大的可開發資源，合理使用太陽能資源解決環境污染問題，將會減少人們對化石能源的開發，具有很高的理論價值和現實意義。近年來，利用光催化氧化技術去除水、大氣、土壤環境中的有機污染物，已成為一種被廣大研究學者認可的環境治理技術。光催化技術能耗低，反應條件溫和，不容易造成二次污染，但也存在很多缺陷，如：降解效率低，光能利用率低等。傳統的熱催化技術往往需要高溫的能量來觸發催化反應，能耗高。光熱催化反應通過光熱激發產生的活性物種氧化降解水中污染物，其既可以結合光催化技術和熱催化技術的長處，也能夠充分規避二者的缺陷，為新型催化氧化提供了新方法：一方面，在光照下，光熱催化材料本身能夠直接實現光熱轉化，從而充分地利用光能，使得金屬氧化物的晶格氧大量溢出，此外，光催化反應過程中產生的自由基也能夠活化晶格氧，快速參與氧化反應，降低了熱催化降解所需的能量和成本；另一方面，熱能的引入加快了光生電子(e^-)和空穴(h⁺)的遷移速度，提高了光生載流子的分離效率，促進光催化降解污染物。

目前絕大多數催化劑主要基于自由基途徑(如：OH·、O₂^-·等)進行催化降解反應。如中國專利文獻CN110354893A公開了一種Cu負載的OMS-2催化劑的制備及其在降解有機污染物上的應用。該CuOX/OMS-2催化劑是將硝酸銅溶液加入OMS-2中，通過超聲、攪拌然后減壓蒸餾、干燥、煅燒制得。所述制備的催化劑既可作用于過一硫酸氫鹽產生強氧化性的硫酸自由基作為活性物質，氧化脫色降解有機染料，又可以在硼氫化鈉的作用下催化降解硝基化合物，反應后催化劑可回收再利用。得到的催化劑可在室溫下持續多次高效催化活化過一硫酸氫鹽降解有機污染物，但自由基特異性差，容易受外界因素干擾，使催化降解效率大大降低。

非自由基途徑(如：單線態氧)更安全且抗干擾性和特異性更強，更適用于實際廢水的凈化處理。首先，非自由基主導的光催化反應對于目標污染物具有很強的選擇性，善于攻擊富電子化合物，避免了對于實際水體中天然有機物的湮滅；其次，非自由基途徑能夠抵御環境背景的影響，在大量干擾離子存在的情況下，仍能保持強氧化性，適合用于復雜環境條件下廢水的高效處理；此外，自由基途徑易與實際水體中的離子(如：鹵素離子)發生氧化反應生成有毒副產物，而非自由基途徑不與這些離子反應，更安全。

因此，有必要研發一種會產生大量的非自由基，可以適用于復雜水環境中污染物的降解的新途徑。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種CuO@氮摻雜碳復合催化材料在光熱催化產非自由基中的應用。

本發明將具有三維網絡結構的納米CuO@氮摻雜碳復合催化材料用作光熱催化劑，發生光熱催化的同時會產生大量的非自由基，尤其適用于復雜水環境中污染物的降解。對雙酚類有機污染物廢水具有良好的去除效果；能夠抵御實際水體中的無機陰離子的影響，減少降解副產物的產生，更加適用于實際廢水的處理；光熱催化降解實現對太陽能的高效、清潔利用。

為實現上述目的，本發明是通過如下技術方案實現的：