[發明專利]一種自剝離型累托石/氮化碳納米復合催化材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202111235805.0
• 申請日: 2021-10-22
• 公開（公告）號: CN113731389A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 張乾;楊華明;唐愛東;傅梁杰;路暢;趙啟行
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B01J21/16
• 分類號: B01J21/16;B01J27/24;C02F1/72;C02F101/30
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 黃藝平

本發明涉及復合催化材料制備技術領域，具體涉及一種自剝離型累托石/氮化碳納米復合催化材料及其制備方法與應用。所述制備方法具體包括以下步驟：將累托石、尿素和水混合并研磨獲得累托石尿素夾層復合物；將所述累托石尿素夾層復合物進行熱處理，獲得累托石/氮化碳復合納米材料。通過濕法研磨插層和熱聚合兩步既制備了剝離型納米累托石/氮化碳復合材料，工藝簡單，形成了剝離型累托石/氮化碳納米復合物，使得納米累托石片和納米氮化碳片之間形成強烈的界面作用，使得氮化碳活性位點充分暴露，極大地提高了材料的催化活性。

技術領域

本發明涉及復合催化材料制備技術領域，具體涉及一種自剝離型累托石/氮化碳納米復合催化材料及其制備方法與應用。

背景技術

水污染是目前世界面臨的突出問題，大量工業廢水的產生，給環境帶來了很大破壞，給人們的健康造成了嚴重的潛在威脅。催化技術被認為是一種水體污染物降解的有效方法，然而目前常用的催化材料多為金屬半導體類，如氧化鋅、二氧化鈦等，具有生產成本高、使用中存在金屬離子滲出等二次金屬離子污染問題，并且該類催化劑需要光照才具有較好的降解效果，現實使用中具有很大的局限性。

現有技術中，鐵氧化物類催化劑可以在非光照條件下通過鐵原子的變價進而與雙氧水等發生反應產生羥基自由基等進行降解有機污染物，但是面臨著鐵離子的釋放和鐵泥的產生等問題。氮化碳是一種非金屬類催化劑，性質穩定，能夠有效吸收可見光，在催化領域具有很大的應用潛力，被稱為是一種綠色催化劑。但是氮化碳本身活性位點較少，產生的電子空穴對很容易復合，催化效率低，很大限制了氮化碳在實際中的應用。目前對氮化碳進行活化改性的方法主要有酸堿處理、離子摻雜以及與傳統的二氧化鈦、氧化鋅等金屬半導體催化劑復合等技術。

黏土礦物是重要的非金屬礦產資源，分布廣泛，價格低廉，在催化、吸附、填料等方面具有很好的應用。采用黏土礦物與氮化碳進行復合是一種改善氮化碳催化性能的有益方法。目前黏土礦物氮化碳復合材料的制備方法主要有混合法，溶液混合浸漬法、插層處理法、氣相沉積法等。混合法主要是將黏土礦物與氮化碳前驅體尿素、三聚氰胺等簡單干法研磨混合，但是二者混合性差，結合強度低，只能得到簡單包覆性復合物，并且分散性差；溶液混合浸漬法一定程度上提升了分散性，但是浸漬法難以有效利用黏土礦物的層間特性，煅燒生成的復合物仍然有將強的團聚現象，難以發揮黏土礦物的特性。插層法主要采用尿素等小分子類前驅體，對黏土礦物進行插層處理。發明專利一種氮化碳/高嶺石復合材料及其制備方法和應用(ZL201810093235.8)采用非膨脹類黏土高嶺石為原料，采用簡單混合法、插層法制備了氮化碳/高嶺石復合物，插層法主要采用二甲基亞砜對高嶺石進行預先插層，然后采用尿素進行置換插層，制備高嶺石尿素插層復合物，然后在惰性氣體下進行煅燒，得到氮化碳/高嶺石復合物，其中高嶺石是微米結構，氮化碳是納米結構。有研究公開了一種介孔石墨態氮化碳/累托石復合材料的制備方法(CN201611092504.6)，該技術采用除雜后的累托石和雙氰胺為原料，將雙氰胺溶于去離子水配制溶液，然后再加入累托石在水浴中攪拌混合，干燥后研磨成粉，進行煅燒、洗滌、干燥得到累托石/氮化碳復合物。此公開技術用水量大(約為累托石用量的50倍)，進行溶液混合難以制備插層型氮化碳/累托石復合物，該技術主要利用累托石作為負載氮化碳的基底載體，提高氮化碳的穩定性和活性位點，并且需要在氙燈強光照射下才能有效降解有機污染物。sun等首先在60度加熱條件下制備雙氰胺的水溶液，然后加入累托石粉末，進行攪拌12小時使其充分分散，進一步加熱到105度經10小時，除去水分，最后通過550度煅燒處理得到累托石/氮化碳包覆型復合物，并且需要光照激發才能表現出較好的催化性能。

由此可知，現有技術的粘土礦物與氮化碳復合的催化材料制備方法復雜，且催化材料催化效率低，嚴重影響了產品的實際應用。

發明內容

針對上述技術問題，本發明采用一種簡單的自剝離技術，制備剝離型納米累托石/氮化碳復合材料，并且具有類芬頓效應，在暗光條件下即可活化過硫酸氫鹽，對有機污染物進行有效降解，制備方法簡單高效，不僅解決了催化劑對光源的嚴重依賴，而且避免了金屬類催化劑的二次污染問題。