一种活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的制备方法及其应用，其制备方法，包括以下步骤：S1、原料，选取商用石墨烯、三聚氰胺、尿素；S2、混合，将商用石墨烯、三聚氰胺、尿素均匀混合；S3、煅烧，将S2步骤混合均匀的商用石墨烯、三聚氰胺、尿素在氮气氛围下置于管式炉中，温度控制在500‑600℃进行煅烧，且升温速率控制在3‑8℃/min，恒温220‑250min,在氮气氛围下冷却至室温，便得到了活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料g‑C

【技术实现步骤摘要】
一种活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的制备及其应用于基于过硫酸盐的高级氧化水处理技术，属于水污染控制

技术介绍
高级氧化技术如芬顿、类芬顿以及光催化技术是过去几十年降解有机污染物一种有效的方法。相比于这些基于羟基自由基(·OH)的AOPs，活化过硫酸盐(Persulfate，PS)技术是近年来发展起来的以硫酸根自由基(SO4·-)为主要活性物种降解污染物的新型AOPs。它具有更高的氧化还原电位，它能使绝大多数难生物降解的有机污染物迅速分解，并最终矿化为CO2、H2O和无机盐，因此，活化过硫酸盐技术成为近年来污染控制领域的研究热点。但在常温下，PS非常稳定，因而活性低，要使O-O键断裂产生高活性物种(如SO4·-、·OH或1O2等)需要向过硫酸根阴离子提供能量或化学活化剂。常见的能量来源主要包括紫外光、加热、波辐射、超声、电离辐射等，化学活化剂主要有过渡金属离子、金属氧化物、碱等，但这些活化方式存在金属离子流失和能耗高等缺陷。因此，开发新型金属流失率低甚至无金属流失以及不消耗其它能源的催化剂是目前研究的热点。近年来，无金属催化剂受到了人们的广泛关注。碳纳米材料，如碳纳米管(CNTs)、石墨烯，具有表面化学惰性、良好的导电性、大的比表面积和孔体积等特点，并在各种降解过程中被证明具有较好的催化效果。因此将碳纳米材料引入到环境催化，作为一种不含金属的非均相催化剂，进行水中有机污染物的去除将是非常具有前景的。而对碳纳米材料进行氮、硫、磷、硼等杂原子掺杂是一种增强碳纳米材料催化活性的有效手段，并已成为近年来研究的热点。近年来，一种新型的、可见光响应的半导体光催化剂石墨相氮化碳(g-C3N4)引起了学者们越来越多的关注。与其他半导体催化剂相比，g-C3N4无毒、廉价，可由三聚氰胺、双氰胺等富氮前驱体热缩直接合成，获取方式较容易。但是其单独的来处理有机废水则耗时长，还需要消耗其他的外加能源，对有机物的降解效果也不怎么理想。为解决此类问题，研究者们将其他氧化剂与g-C3N4相结合来增强有机物的降解效率。例如有较多g-C3N4协同过硫酸盐在可见光下降解污染物的报道，但这些报道多是g-C3N4作为光催化剂的研究，而其耦合过硫酸盐时也需外加光源。也有一些作为过硫酸盐活化剂的研究，但这些催化剂多是金属与g-C3N4的复合材料，非金属的g-C3N4复合材料研究较少。鉴于g-C3N4有着较高的含N量及富含石墨氮，我们尝试把g-C3N4负载于石墨烯材料上，制备一种能够在无光照条件下高效催化分解PMS降解污染物的非金属催化剂。本研究成果能为简单廉价的负载氮化碳型催化剂催化过硫酸盐降解污染物在环境修复上的应用提供一种新的思路和借鉴。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的问题是把g-C3N4负载于石墨烯材料上进而制备一种能够在无光照条件下高效催化分解PMS降解污染物的非金属催化剂，且采取一步法把rGO与三聚氰胺及尿素同步热解和热缩聚，得到新型的PMS催化剂g-C3N4/rGO-N。(二)技术方案本专利技术的一个目的是提供的一种活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的制备方法包括以下步骤：S1、原料，选取商用石墨烯、三聚氰胺、尿素；S2、混合，将商用石墨烯、三聚氰胺、尿素均匀混合；S3、煅烧，将S2步骤混合均匀的商用石墨烯、三聚氰胺、尿素在氮气氛围下置于管式炉中，温度控制在500-600℃进行煅烧，且升温速率控制在3-8℃/min，恒温220-250min,在氮气氛围下冷却至室温，便得到了活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料。在一方面，S1步骤中商用石墨烯、三聚氰胺、尿素的质量比＝(1：1：1)在一方面，所述商用石墨烯为还原氧化法制备而得，SSA>400m2/g。在一方面，S3步骤中温度控制在500℃、550℃、600℃。在一方面，S3步骤中升温速率控制在5℃/min，恒温240min。本专利技术的另一个目的是提供活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料在去除水中污染物中的应用。在一方面，活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料在去除水中内分泌干扰物BPA、抗生素CIP、染料AO7、染料OG中的一种或多种组合污染物的应用。本专利技术的另一个目的是提供活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料在去除水中污染物中的应用方法，包括以下步骤，取一定量的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料作为催化剂加入待处理污水中，然后加入PMS作为氧化剂,常温搅拌或振荡或静置30min即可。其中所述待处理污水为含有染料AO7和/或染料OG，氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料与PMS的质量比＝20：307。而所述待处理污水为含有内分泌干扰物BPA和/或抗生素CIP，氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料与PMS的质量比＝30：307。(三)有益效果首先，本专利技术提供的一种活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的制备方法制备而得的催化剂与其他催化剂相比，无毒、廉价，可由三聚氰胺、双氰胺等富氮前驱体热缩直接合成，获取方式较容易；其次，本专利技术提供的一种活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的制备原料采用石墨烯，其具有表面化学惰性、良好的导电性、大的比表面积和孔体积等特点，在各种降解过程中被证明具有较好的催化效果，故将碳纳米材料引入到环境催化，作为一种不含金属的非均相催化剂，能够对水中有机污染物进行有效的去除，同时纳米碳材料环境友好，无金属浸出等二次污染；最后，首先，本专利技术提供的一种活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的制备方法制备而得的催化剂对内分泌干扰物BPA、抗生素CIP等新型污染物及常规染料AO7和OG的去除具有高效作用，并且新型氧化系统催化剂和氧化剂的投加量较少，成本比较低。附图说明图1为所制备的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的XRD衍射谱图。图2为所制备的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的拉曼光谱图。图3为所制备的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的SEM和TEM图。图4为所制备的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的BET图。图5为所制备的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的XPS图。图6为所制备的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料对染料AO7去除效果图。图7为所制备的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料对OG,CIP和BPA去除效果图。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的制备方法包括以下步骤：S1、原料，选取商用石墨烯、三聚氰胺、尿素；S2、混合，将商用石墨烯、三聚氰胺、尿素均匀混合；S3、煅烧，将S2步骤混合均匀的商用石墨烯、三聚氰胺、尿素在氮气氛围下置于管式炉中，温度控制在500-600℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、原料，选取商用石墨烯、三聚氰胺、尿素；/nS2、混合，将商用石墨烯、三聚氰胺、尿素均匀混合；/nS3、煅烧，将S2步骤混合均匀的商用石墨烯、三聚氰胺、尿素在氮气氛围下置于管式炉中，温度控制在500-600℃进行煅烧，且升温速率控制在3-8℃/min，恒温220-250min,在氮气氛围下冷却至室温，便得到了活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、原料，选取商用石墨烯、三聚氰胺、尿素；
S2、混合，将商用石墨烯、三聚氰胺、尿素均匀混合；
S3、煅烧，将S2步骤混合均匀的商用石墨烯、三聚氰胺、尿素在氮气氛围下置于管式炉中，温度控制在500-600℃进行煅烧，且升温速率控制在3-8℃/min，恒温220-250min,在氮气氛围下冷却至室温，便得到了活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于，S1步骤中商用石墨烯、三聚氰胺、尿素的质量比＝(1：1：1)。


3.根据权利要求2所述的一种活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述商用石墨烯为还原氧化法制备而得，SSA>400m2/g。


4.根据权利要求3所述的一种活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于，S3步骤中温度控制在500℃、550℃、600℃。


5.根据权利要求4所述的一种活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于，S3步骤中升温速率控制在5℃/min，恒温240min。


6.活化过硫酸盐的氮掺杂石墨烯负载氮化碳复合材料在去除水中污染物中的应用，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，孙萍，翟志才，方应森，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33