氮化碳负载型催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种氮化碳负载型催化剂及其制备方法和应用。所述氮化碳负载型催化剂的制备方法包括：将包括三聚氰胺和尿素的原料加入第一溶剂中，加热搅拌至第一溶剂蒸干，对得到的固体产物实施第一煅烧处理，制成g‑C

【技术实现步骤摘要】
氮化碳负载型催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及光催化材料领域，具体涉及一种氮化碳负载型催化剂及其制备方法和应用，具体而言，该氮化碳负载型催化剂可应用于含有机物水体的处理。
技术介绍
工业化快速发展、人口增长和长期干旱造成的清洁水源需求增加和短缺已成为世界性问题，大量的微生物和污染物排放到自然水循环中，导致水污染加剧，随着全球工业化的迅速发展，工业废水成为造成水环境污染的主要来源，研究表明，工业废水中含有石油类、氨氮、硫、酚、氰化物等污染物，还含有一些微量且难以生物降解的有机污染物，主要包括一些有机酸类(如环烷酸类)、酯类、醇类等，且这类污染物的分子结构上普遍带有苯环、稠环等芳环和杂环，并具有毒性和致癌、致畸、致突变性，2015年在新颁布的《石油炼制工业污染物排放标准》(GB31570-2015)中，国家环保部对炼化废水的排放提出了更严格的标准。为了解决废水污染问题，抑制清洁水短缺的加剧，开发低成本、高效率的先进水处理技术来处理废水是必要的。近年来以自由基为主要活性物种的高级氧化技术(AOPs)得以快速发展，为处理难降解的含有机物废水提供了新的解决方案。AOPs最初定义为产生强氧化性羟基自由基的技术，其目的是在环境条件下氧化不可生物降解、顽固性和有毒的有机污染物，除了在工业废水处理方面的应用外，它们还用于饮用水处理，以去除主要用于消毒的常规氯化和臭氧处理无法处理的膜渗透性污染物，由于有机物的完全矿化可能成本高昂，AOPs在实践中旨在将其矿化和部分氧化合成惰性、同时有助于消毒的产品。高级氧化技术通常又被称做深度氧化技术，是一种使用强氧化物质与废水中溶解的污染物反应的方法，以产生具有强氧化能力的羟基自由基(·OH)为特点，在高温高压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下，使大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质，根据产生·OH方式和反应条件的不同，高级氧化技术降解污染物的水处理方法可分为Fenton氧化法、光催化氧化法、臭氧氧化法、过硫酸盐氧化法等。光催化氧化法是主要的高级氧化技术之一，可除去水中的持久性有机物和微生物，具有清洁、节能等优点，应用前景广泛。由于目前光催化过程本身的活性氧自由基产量普遍较低，尤其是具有极强氧化性的·OH产量很低，导致对有机污染物的氧化降解具有选择性，对分子结构稳定的有机物处理能力有限，导致其实际应用受限。目前，已有一些研究集中在高效光催化材料的研发上，通过优化材料的形貌结构、能带结构、电子-空穴分离能力等方式提高光催化剂的催化性能。半导体光催化技术作为一种低成本、环保和可持续的处理技术，在水/废水处理行业中具有巨大的潜力。石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种有前途的可见光响应型光催化剂，具有带隙适中(2.7ev)、电子带结构合理、无毒、成本低、稳定性好、制备方便、以及独特的层状结构等特点，但由于目前的g-C3N4光催化剂比表面积小、吸附性能差，且体系内对光生载流子的分离效率较低(电子空穴分离效率低)，其催化性能并不理想。为优化g-C3N4的催化性能，现阶段出现了一些改性方法，如将其与不同的半导体材料(如WO3等)复合形成异质结可以在一定程度上提升催化剂的性能，然而，异质结催化剂的催化活性依然会受到不同半导体材料之间的结合方式、接触面积等多种因素的影响，如何获得具有较高催化活性的光催化剂对于本领域技术人员来说仍然是一个难题。目前，一些方案中通过掺杂一些金属元素(如贵金属、稀土金属等)或非金属元素进一步改善g-C3N4/WO3类复合催化剂及其性能，以达到预期目的，如中国专利申请《CN110227528A》公开了一种Y3+/WO3/g-C3N4B复合催化剂及其制备和应用，该复合催化剂包括了硼掺杂石墨相氮化碳与金属氧化物(WO3)，其主要针对降解染料废水，尤其是降解含活性艳红X-3B的废水；《CN108745397A》公开了一种过渡金属掺杂的氮化碳/WO3复合光催化剂及其制备方法和应用，该复合光催化剂是由过渡金属掺杂的g-C3N4负载在WO3载体的表面形成，对水体中抗生素具有较好的降解能力。然而，上述方案中，g-C3N4/WO3复合类催化剂大部分先制备得到掺杂有上述金属或非金属元素的g-C3N4，然后再将掺杂后的g-C3N4和WO3复合，制备过程较为复杂，成本较高，且大部分催化剂通常只能将有机物氧化至难降解的中间产物(如草酸等羧酸类)留存水体，无法对该些中间产物进行降解。为了拓宽可降解水体中有机物的光催化剂，尤其是高效降解水体中有机酸类等难降解有机物，优化合成工艺，开发新型氮化碳负载型催化剂，是本领域技术人员所面临的重要课题。
技术实现思路
本专利技术提供一种氮化碳负载型催化剂的制备方法，该方法制备工艺简单，成本较低，且能够制备得到具有良好催化活性的氮化碳负载型催化剂。本专利技术还提供一种氮化碳负载型催化剂，具有良好的催化活性，对草酸等羧酸类有机物有高效的催化降解能力。本专利技术还提供一种含有机物水体的处理方法，具有对有机物降解效率高、操作简单、条件温和等优点。本专利技术的一方面，提供一种氮化碳负载型催化剂的制备方法，包括：将包括三聚氰胺和尿素的原料加入第一溶剂中，加热搅拌至第一溶剂蒸干，对得到的固体产物实施第一煅烧处理，制成g-C3N4；将g-C3N4与钨酸原料于第二溶剂中混合均匀，随后过滤、干燥，对干燥产物实施第二煅烧处理，得到氮化碳负载型催化剂。本专利技术提供的制备方法，通过对原料的选择和制备工艺的改进，可制备得到具有良好催化活性的氮化碳负载型催化剂(氮化碳基催化剂)，且本专利技术的制备方法还具有制备工艺简单、成本低等优点。具体来说，根据专利技术人的研究分析，采用三聚氰胺和尿素一起作为g-C3N4的前驱体，控制加热搅拌直至溶剂(第一溶剂)蒸干，利于三聚氰胺与尿素充分接触及相互作用，调控氮化碳组成及形貌等特性，配合第一煅烧处理后，制备得到具有特定结构并具有良好催化活性的g-C3N4(多孔，一般比表面积约为15-35m2/g、孔体积约为0.1-0.2cm3/g)；随后选用钨酸原料作为钨源，将其与该g-C3N4于第二溶剂中混匀，经过滤、干燥后，在第二煅烧处理过程中，钨酸逐渐脱水形成WO3，同时WO3组分于g-C3N4上逐渐生长，最终制得g-C3N4/WO3复合催化剂(即本专利技术的氮化碳负载型催化剂)，并使得该复合催化剂中，WO3于g-C3N4上分布较为均匀，保证其具有上述良好性能。专利技术人研究发现，通过调控三聚氰胺与尿素的质量比，利于进一步改善g-C3N4的催化活性，从而得到能提供更高催化活性的g-C3N4/WO3复合催化剂，具体地，三聚氰胺与尿素的质量比可以为1：(1-4)，进一步可以为1：(2-3)。在本专利技术的一实施方式中，一般控制三聚氰胺与尿素的质量比为1:3。具体地，可以将尿素溶解于第一溶剂中，随后加入三聚氰胺分散混匀，对得到的混合液进行加热搅拌至溶剂(第一溶剂)蒸干。其中，第一溶剂可以选自醇类溶剂，如甲醇、乙醇等。在本专利技术的一实施方式中，上述第一溶剂一般可以为甲醇，具体操作时，可以将尿素加入甲醇中，经超声处理使尿素溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化碳负载型催化剂的制备方法，其特征在于，包括：/n将包括三聚氰胺和尿素的原料加入第一溶剂中，加热搅拌至第一溶剂蒸干，对得到的固体产物实施第一煅烧处理，制成g-C

【技术特征摘要】
1.一种氮化碳负载型催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
将包括三聚氰胺和尿素的原料加入第一溶剂中，加热搅拌至第一溶剂蒸干，对得到的固体产物实施第一煅烧处理，制成g-C3N4；
将g-C3N4与钨酸原料于第二溶剂中混合均匀，随后过滤、干燥，对干燥产物实施第二煅烧处理，得到所述氮化碳负载型催化剂。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三聚氰胺与尿素的质量比为1：(1-4)。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂为甲醇，所述加热搅拌时的温度为60-100℃。


4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第一煅烧处理包括：将所述固体产物升温至70-90℃保持0.5-2小时，再升温至500-600℃保持1-5小时，得到g-C3N4；其中，升温速率为1-10℃/min。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钨酸原料为按照包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王郁现，任诺，陈春茂，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11