一种氮磷硫共掺杂多孔碳负载的金属磷化物纳米复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种氮磷硫共掺杂多孔碳负载的金属磷化物纳米复合材料及其制备方法与应用。所述材料的制备步骤为：S1.将金属盐、碳源化合物及膨化剂均匀混合后，在惰性气体氛围下热解，得到M‑g‑C

【技术实现步骤摘要】
一种氮磷硫共掺杂多孔碳负载的金属磷化物纳米复合材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及水污染处理
，更具体地，涉及一种氮磷硫共掺杂多孔碳负载的金属磷化物纳米复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
随着城市化工行业等不断繁荣发展，工业废水污染逐渐成为一个全球化环境问题。工业废水成分复杂，其中难降解的有机物其分子结构复杂，化学稳定性强，可造成持久性污染，传统城市污水生化处理系统不能达到完全净化的效果。因此，探寻更有效的水处理方法对缓解当前的水环境污染问题具有深刻意义。在众多新兴的水处理工艺中，(类)芬顿技术在处理水中复杂有机物时表现出广泛的应用前景。(类)芬顿高级氧化技术包括均相体系和非均相体系两大类。与均相(类)芬顿法相比，非均相法具有如下优点：(1)反应后非均相催化剂，尤其是铁磁性材料易于从体系中分离回收；(2)大部分非均相催化剂化学稳定性强，可循环使用，甚至还可以进行再生，材料利用率高；(3)非均相体系中的金属溶出较少，一般不会对水环境造成影响；(4)非均相催化剂种类繁多、形貌结构可控、制备方法多样，丰富拓宽了(类)芬顿高级氧化
的发展和应用。因此，非均相(类)芬顿法具有极大的实际推广潜能，越来越引起人们的密切关注和研究。目前，非均相催化剂的研究主要集中在纳米零价铁、铁氧体、金属以及金属氧化物等方面，而关于金属磷化物基材料在高级氧化中的研究鲜有报道。近年研究发现，金属磷化物在(类)芬顿高级氧化中可表现出优越的性能，是一类非常有潜力催化剂。然而，目前金属磷化物材料仍然面临着催化活性不高、化学稳定性不佳、颗粒易团聚、金属离子易流失等问题，极大阻碍了其推广实际应用。另一方面，材料的微观物理结构以及表面化学结构等对其性能具有决定性影响，故通过对金属磷化物材料的形貌、组成、结构等的理性设计和调控可进一步改善其性能，此方面的工作亦亟待开展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中，金属磷化物作为(类)芬顿高级氧化非均相催化剂的应用存在的缺点和不足，提供一种氮磷硫共掺杂多孔碳负载的金属磷化物纳米复合材料。本专利技术的另一目的在于提供所述氮磷硫共掺杂多孔碳负载的金属磷化物纳米复合材料的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供所述氮磷硫共掺杂多孔碳负载的金属磷化物纳米复合材料的应用。本专利技术的上述目的是通过以下方案予以实现的：一种氮磷硫共掺杂多孔碳负载的金属磷化物纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤制备得到：S1.将金属盐、碳源化合物及膨化剂均匀混合后，在惰性气体氛围下热解，得到M-g-C3N4；S2.将所述M-g-C3N4分散于溶剂中，得到悬浮液A，然后将溶有六氯环三磷腈和4,4-二羟基二苯砜的混合溶液B滴加至悬浮液A中，混合反应；然后再滴加碱性辅剂，混匀反应，待反应结束后，分离得到M-g-C3N4@PZS；S3.将所述M-g-C3N4@PZS在气体氛围下，高温热解，得到所述氮磷硫共掺杂多孔碳负载的金属磷化物纳米复合材料MPx-NPS-C。本专利技术通过将高分散的超细金属磷化物纳米粒子负载在多掺杂碳多孔纳米片上构筑纳米复合材料，得到具有高催化活性和稳定性的纳米复合材料，其作为催化剂应用时，具有如下优势：1)碳材料的高比表面积和多孔结构，以及金属磷化物纳米粒子的超细尺寸，使复合催化剂材料能够充分暴露反应活性位点；2)多孔超薄纳米片结构有利于传质扩散；3)多掺杂碳多孔纳米片能够高度分散金属磷化物，防止金属流失和纳米粒子的团聚，提高材料的稳定性，方便回收再利用；4)杂原子共掺杂可为材料提供更多的活性位点，提高催化活性；5)碳材料绿色无污染，同时自身也具有一定的催化性能。优选地，步骤S1中所述金属盐为金属乙酸盐、金属硝酸盐、金属硫酸盐、金属碳酸盐或金属氯化物中的至少一种。优选地，步骤S1中所述金属盐中的金属为(过渡金属)Mn、Fe、Co、Cu、Ni、Ce、Cr、Zn、V、Ti、Sc、Mo、W、Cd、Zr、Nb、Tc、Bh，(稀土金属)Lu、Ce、Pr、Tb、Y、Sc，(贵金属)Pd、Ru、Rh、Pt、Ir、Os、Au或Ag中的至少一种。优选地，所述碳源化合物为三聚氰胺、二氰二胺、单氰胺、尿素、葡萄糖、麦芽糖、糖醇、蔗糖、淀粉、纤维素、木质素、柠檬酸、环氧树脂、酚醛树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯腈或炭黑中的至少一种。所述膨化机为氯化铵、硫酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵或碳酸氢钠中的至少一种。优选地，步骤S1中，所述热解的升温速率为1～50℃/min；优选地为1～30℃/min；更优选地为2℃/min、5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min、2-5℃/min、5～10℃/min、5～15℃/min、10～15℃/min、10～20℃/min、5～20℃/min、15～20℃/min、2～10℃/min、2～15℃/min或2～20℃/min。优选地，步骤S1中，所述热解的温度为400～650℃；优选地为450～600℃；更优选地为480℃、500℃、550℃、580℃、480～500℃、500～550℃、550～580℃、480～550℃、480～580℃或500～580℃。该温度范围内所用碳源可分解转化为g-C3N4，所用金属盐转化为金属基纳米粒子负载在上面，生成M-g-C3N4材料。优选地，步骤S1中，所述热解的时间为1～20h；优选地为2～16h；更优选地为2h、5h、10h、15h、2～5h、2～10h、3～4h、2～15h、5～10h、5～15h或10～15h。足够的热解时间保证金属盐及碳源的充分分解，完全转化为M-g-C3N4。但热解时间太长可能导致金属基纳米粒子过量团聚问题。因此需要适宜的热解时间范围。优选地，步骤S1中，所述金属盐、碳源化合物及膨化剂先混溶于水中后，再加热去除水分，得到混合均匀的混合粉末；或，所述金属盐、碳源化合物及膨化剂经研磨成粉末后再混合均匀，得到混合粉末。优选地，步骤S1中，所述金属盐、碳源化合物及膨化剂的物质的量之比可为1︰(10～100)︰(0～500)；更优选地，为1︰24︰(100～200)、1︰30︰(130～240)、1︰40︰(180～310)或1︰60︰(270～470)。优选地，步骤S1中，热解后的降温方式为自然降温或程序强制降温。优选地，步骤S1中，所述惰性气体为氮气(N2)、氩气(Ar)或氦气(He)中的至少一种。优选地，步骤S2中，所述碱性辅剂为甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、苯胺、对甲苯胺、对硝基苯胺、二苯胺、苄胺、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化铝、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氨水、吡啶，二甲基咪唑、苯并咪唑、2-羟基苯并咪唑、1-正丁基咪唑或4-硝基咪唑中的至少一种。优选地，步骤S2中，所述溶剂可为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、1,2,4-丁三醇、1,6-己二醇、戊二醇、丙三醇、苯甲醇、环乙醇、丙酮、二甘醇、三甘醇、乙腈、乙二醇单甲醚、乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮磷硫共掺杂多孔碳负载的金属磷化物纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤制备得到：/nS1.将金属盐、碳源化合物及膨化剂均匀混合后，在惰性气体氛围下热解，得到M-g-C

【技术特征摘要】
1.一种氮磷硫共掺杂多孔碳负载的金属磷化物纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤制备得到：
S1.将金属盐、碳源化合物及膨化剂均匀混合后，在惰性气体氛围下热解，得到M-g-C3N4；
S2.将所述M-g-C3N4分散于溶剂中，得到悬浮液A，然后将溶有六氯环三磷腈和4,4-二羟基二苯砜的混合溶液B滴加至悬浮液A中，混合反应；然后再滴加碱性辅剂，混匀反应，待反应结束后，分离得到M-g-C3N4@PZS；
S3.将所述M-g-C3N4@PZS在惰性气体氛围下，高温热解，得到所述氮磷硫共掺杂多孔碳负载的金属磷化物纳米复合材料MPx-NPS-C。


2.根据权利要求1所述氮磷硫共掺杂多孔碳负载的金属磷化物纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述金属盐为金属乙酸盐、金属硝酸盐、金属硫酸盐、金属碳酸盐或金属氯化物中的至少一种。


3.根据权利要求1所述氮磷硫共掺杂多孔碳负载的金属磷化物纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳源化合物为三聚氰胺、二氰二胺、单氰胺、尿素、葡萄糖、麦芽糖、糖醇、蔗糖、淀粉、纤维素、木质素、柠檬酸、环氧树脂、酚醛树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯腈或炭黑中的至少一种
所述膨化剂为氯化铵、硫酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵或碳酸氢钠中的至少一种。


4.根据权利要求1所述氮磷硫共掺杂多孔碳负载的金属磷化物纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中热解的温度为400～650℃，热解时...

【专利技术属性】
技术研发人员：李萍，林于楠，陈冉，李文琴，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44