杂原子掺杂碳化聚合物纳米点光催化金属溶解制造技术

本发明专利技术描述了一种杂原子掺杂碳化聚合物纳米点光催化金属溶解，将待溶解的含金属的材料分散到含X‑CPDs和有机溶剂的混合溶液中，在空气的条件下，使用可见光照射即可溶解金属，杂原子掺杂碳化聚合物纳米点X‑CPDs具有廉价，易制备，光稳定性高，催化效率高等优势，具有绿色环保，简单迅速，成本低廉，适合进行大规模工业化废弃金属的溶解。

【技术实现步骤摘要】
杂原子掺杂碳化聚合物纳米点光催化金属溶解
本专利技术涉及利用杂原子掺杂碳化聚合物纳米点光催化金属溶解领域，具体来讲，涉及在可见光照射下，杂原子掺杂碳化聚合物纳米点X-CPDs在有机溶剂中能够用于光催化金属溶解。
技术介绍
金属在自然界中广泛存在，是工业生产中非常重要和应用最多的一类物质。然而金属回收比生产过程消耗更多的能源，并且回收率仍维持在较低的水平。特别是贵金属溶解通常需要王水，强酸强碱，因此存在回收成本高，污染环境等问题。因此，在金属精炼和在循环使用中迫切需要绿色方法，实现温和条件下金属的低成本高效率回收。其中，光催化溶解金属给环境保护，能源利用带来了一个非常重要的机遇。在温和条件下溶出金属方面，专利CN111809063A公开了利用TiO2作为光催化剂，实现对重金属的溶解，但是存在选择性差，溶解时间长，以及溶解率低等问题，并且钛本身作为重金属存在价格昂贵，污染环境等问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种可在温和绿色的条件下，利用杂原子掺杂碳化聚合物纳米点X-CPDs作为光催化剂实现在光催化金属溶解反应中的低成本高效率应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种杂原子掺杂碳化聚合物纳米点光催化金属溶解，将待溶解的含金属的材料分散到含杂原子掺杂碳化聚合物纳米点X-CPDs和有机溶剂的混合溶液中，光照射一段时间即可溶解金属。进一步地，所述待溶解的含金属的材料中所含金属为贵金属，稀土金属和普通金属。进一步地，所述贵金属包括Au，Ag，Pt，Ru，Rh，Pd，Ir，Os中的一种或几种；所述稀土金属为Eu，Gd，Tb，Sm，Nd，Er，Ce中的一种或几种；所述普通金属为Fe，Cu，Al，Zn，Mn，Ni，Co，Cr，Sn，Pb中的一种或几种。进一步地，所述杂原子掺杂碳化聚合物纳米点X-CPDs的前驱物包括生物质材料，金属盐，小分子以及共轭聚合物等。进一步地，所述的X-CPDs的合成方法包括微波法，水热法，超声法以及热解法。进一步地，所述的有机溶剂包括三乙醇胺，苯乙烯，三氯乙烯，全氯乙烯，甲苯，二甲苯，二氯苯，环己酮，环己烷，二氯甲烷，三氯甲烷，二氯乙烯，三氯乙烷，三氯乙醇，四氯甲烷，丙烯腈，乙腈，苯腈，腈乙酸，腈苄，二甲基亚砜，N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺，吡啶，苯酚，乙酸乙酯，甲醇，乙醇，乙醚，丙酮，异丙醇等中的一种或几种。进一步地，所述的混合溶液中光催化剂的含量为0.01～0.2mg/ml所述的带溶解的含金属的材料与所述光催化剂的质量比为1：0.01～0.05。进一步地，所述的光照射的波长为250～800nm的可见光；光照时间为10min～12h。与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：(1)杂原子掺杂碳化聚合物纳米点X-CPDs原料廉价，易合成，稳定性高，具有高催化性能，适合于进行大规模工业化金属溶解；(2)合成具有不同氧化还原电位的杂原子掺杂碳化聚合物纳米点X-CPDs，匹配不同金属的能级，实现对金属的高选择性溶解，用于实际混合金属材料的低成本高效率回收。(3)与其他光催化剂相比，催化时间很短，溶解效率接近百分之百，对金属在环境中的演变以及金属提纯处理有指导意义。附图说明图1为实施例中使用杂原子掺杂碳化聚合物纳米点X-CPDs溶解金属的工作原理图；图2为实施例中使用氮硫共掺杂聚合物纳米点(N,S-CPDs)的透射电子显微镜示意图；图3为实施例中使用N,S-CPDs对不同金属溶解的选择性示意图；图4为实施例中使用磷掺杂聚合物纳米点(P-CPDs)对不同金属溶解的选择性示意图；图5为实施例中使用铁，硫共掺杂聚合物纳米点(Fe,S-CPDs)对Cu，Ag，Au金属溶解的反应动力学曲线图；图6为实施例中Cr-CPDs与其他类金属光催化剂在相同条件下对Rh溶解时间和溶解效率的示意图；图7为实施例中Cu-CPDs与其他有机光催化剂在相同条件下对Ti溶解时间和溶解效率的示意图；具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1选择柠檬酸，硫脲为前驱体水热反应180℃，6h，得到的产物通过8000rpm离心10min，用1000Da的透析袋纯化24h，经过冷冻干燥得到N,S-CDs的固体粉末。将500mg含1％Ti的材料分散到50ml乙酸乙酯与二氯甲烷(50：1)的混合溶液中，然后加入10mgN,S-CPDs，在空气中用白灯照射10min，Ti的溶解率为95％。图2为合成的N,S-CPDs的透射电镜图，由图可见，合成的N,S-CPDs粒径小于10nm，从图3对金属溶解选择性的实验可得，对Ti有很高的溶出效率和选择性。实施例2选择乙二胺为前驱体水热反应180℃，6h，得到的产物通过8000rpm离心10min，用1000Da的透析袋纯化24h，经过冷冻干燥得到N-CPDs的固体粉末。将500mg含1％Ag的材料分散到50ml乙酸乙酯与二氯甲烷(50：1)的混合溶液中，然后加入10mgN-CPDs，在空气中用白灯照射10min，Ag的溶解率为95％。实施例3选择橘子皮，柠檬酸和盐酸为前驱体微波反应100℃，20min，得到的产物通过8000rpm离心10min，用1000Da的透析袋纯化24h，经过冷冻干燥得到Cl-CPDs的固体粉末。将500mg含1％Pt的材料分散到50ml甲醇与二氯甲烷(50：1)的混合溶液中，然后加入10mgCl-CPDs，在空气中用白灯照射10min，Pt的溶解率为93％。实施例4选择乙二胺，磷酸为前驱体水热反应200℃，4h，得到的产物通过8000rpm离心10min，用1000Da的透析袋纯化24h，经过冷冻干燥得到P-CPDs的固体粉末。将500mg含1％Pt的材料分散到50ml甲醇与环己烷(25：25)的混合溶液中，然后加入7mgP-CPDs，在空气中用白灯照射10min，如图4，Pt的溶解率为95％。实施例5选择聚噻吩，柠檬酸和硼酸为前驱体微波反应80℃，30min，得到的产物通过8000rpm离心10min，用1000Da的透析袋纯化24h，经过冷冻干燥得到B,S-CPDs的固体粉末。将800mg含1％Ti的材料分散到50ml甲醇与乙腈(50：1)的混合溶液中，然后加入10mgB,S-CPDs，在空气中用白灯照射5min，Ti的溶解率为98％。实施例6选择乙二胺，硫脲和氯化铁为前驱体，在500w下超声处理30min，得到的产物通过8000rpm离心10min，用1000Da的透析袋纯化24h，经过冷冻干燥得到Fe,S-CPDs的固体粉末。将500mg含Au，Ag，Cu的材料分散到50ml苯腈与二氯甲烷(20：30)的混合溶液中，然后加入5mgFe,S-CPDs，在空气中用白灯照射60min，如图5，在50min本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种杂原子掺杂碳化聚合物纳米点光催化金属溶解，其特征在于，将待溶解的含金属的材料分散到含杂原子掺杂碳化聚合物纳米点X-CPDs和有机溶剂的混合溶液中，光照射一段时间即可溶解金属。/n

【技术特征摘要】
1.一种杂原子掺杂碳化聚合物纳米点光催化金属溶解，其特征在于，将待溶解的含金属的材料分散到含杂原子掺杂碳化聚合物纳米点X-CPDs和有机溶剂的混合溶液中，光照射一段时间即可溶解金属。


2.根据权利要求1所述的杂原子掺杂碳化聚合物纳米点光催化金属溶解，其特征在于：所述待溶解的含金属的材料中所含金属为贵金属，稀土金属和普通金属。


3.根据权利要求2所述的杂原子掺杂碳化聚合物纳米点光催化金属溶解，其特征在于：所述贵金属包括Au，Ag，Pt，Ru，Rh，Pd，Ir，Os中的一种或几种；所述稀土金属为Eu，Gd，Tb，Sm，Nd，Er，Ce中的一种或几种；所述普通金属为Fe，Cu，Al，Zn，Mn，Ni，Co，Cr，Sn，Pb中的一种或几种。


4.根据权利要求1所述的杂原子掺杂碳化聚合物纳米点光催化金属溶解，其特征在于：所述杂原子掺杂碳化聚合物纳米点X-CPDs的杂原子包括非金属元素N，S，O，P，B，F，Cl，Br，I；金属元素Fe，Cu，Al，Mn，Mo，Eu，Gd，Ru，Ti，Mg，Cr，Zn等中的一种或几种。

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【专利技术属性】
技术研发人员：蓝敏焕，李香草，赵少静，朱少华，谭兵，
申请(专利权)人：湖南诺瑞环境科技有限公司，中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43