负载有含钴化合物的碳化钛复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种负载有含钴化合物的碳化钛复合材料及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：(1)采用刻蚀剂对铝碳化钛原料进行刻蚀处理，制得多层碳化钛；(2)将多层碳化钛分散在含有四甲基氢氧化铵的溶液中，搅拌至少24小时后，对得到的混合体系进行离心处理，得到含有单层碳化钛的上清液，对含有单层碳化钛的上清液进行干燥，得到含有单层碳化钛的产物；(3)将含有单层碳化钛的产物与钴源、氨基化合物、含非金属原料、溶剂混合，得到混合液，使混合液进行溶剂热反应，对得到的反应产物进行纯化处理后，制得负载有含钴化合物的碳化钛复合材料，制备得到的复合材料具有高催化活性、高分散性，并且对有机污染物具有良好的催化降解性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
负载有含钴化合物的碳化钛复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光催化和电化学领域，具体涉及一种负载有含钴化合物的碳化钛复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着医药、畜牧及食品加工等行业的发展，对抗生素、农药等难降解、高持久性有机污染物的用量显著提高，但是长期不合理的使用导致污染物进入水体，造成水体污染，严重影响水体的生态平衡，并且随着食物链积累严重影响人类健康。由此引发的环境问题日趋严重，但是常规的水处理方法难以有效去除抗生素、农药等有机污染物。
[0003]在现有技术中，通常采用高级氧化技术降解有机污染物，高级氧化技术是利用各类体系产生自由基，从而实现对有机污染物的降解，其中芬顿、类芬顿体系的应用最为广泛。芬顿体系是指利用二价铁离子(Fe
2+
)与过氧化氢(H2O2)反应生成羟基自由基(OH
‑
)，利用OH
‑
来降解有机污染物，芬顿处理技术包括电芬顿(EF)、光芬顿(PF)、光
‑
电芬顿，其中光
‑
电芬顿是光芬顿和电芬顿的耦合，在芬顿处理技术中，OH
‑
的生成受限于H2O2的产率、选择性，催化效率较低。目前还有采用FeS、FeS2、CuS等类芬顿体系进行氧化处理，但是在使用中铁基催化剂的适用pH范围窄；此外需要投入大量的铁，导致后期铁泥处理成本高。因此芬顿体系、类芬顿体系的应用受到一定的限制，对有机污染物的降解效率有待进一步提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种负载有含钴化合物的碳化钛复合材料及其制备方法和应用，该负载有含钴化合物的碳化钛复合材料具有高催化活性、高分散性，并且对有机污染物具有良好的催化降解性能，可避免现有降解有机污染物过程中存在的成本高、降解效率低等缺陷。
[0005]本专利技术的第一方面，提供一种负载有含钴化合物的碳化钛复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)采用刻蚀剂对铝碳化钛原料进行刻蚀处理，制得多层碳化钛；(2)将多层碳化钛分散在含有四甲基氢氧化铵的溶液中，搅拌至少24小时后，对得到的混合体系进行离心处理，得到含有单层碳化钛的上清液，对含有单层碳化钛的上清液进行干燥，得到含有单层碳化钛的产物；(3)将含有单层碳化钛的产物与钴源、氨基化合物、含非金属原料、溶剂混合，得到混合液，使混合液进行溶剂热反应，对得到的反应产物进行纯化处理后，制得负载有含钴化合物的碳化钛复合材料，其中氨基化合物包括尿素、水合肼中的至少一种；含非金属原料包括含硫原料、含硒原料中的至少一种。
[0006]根据本专利技术的一实施方式，刻蚀剂为含有氢氟酸的溶液，且满足：含有氢氟酸的溶液中氢氟酸的质量浓度为30～50％；和/或，含有氢氟酸的溶液由氢氟酸和/或形成氢氟酸的原料溶于水形成，形成氢氟酸的原料包括氟化物和质子酸，氟化物包括氟化锂，质子酸包括盐酸。
[0007]根据本专利技术的一实施方式，刻蚀处理的温度为室温；和/或，刻蚀处理的时间为15～21h。
[0008]根据本专利技术的一实施方式，含有四甲基氢氧化铵溶液中四甲基氢氧化铵的质量浓度为15～30％；和/或，步骤(2)中干燥的过程包括冷冻干燥的过程，冷冻干燥的温度为
‑
80℃～
‑
50℃，冷冻干燥的时间为24h～36h。
[0009]根据本专利技术的一实施方式，含有单层碳化钛的产物与钴源的摩尔比为0.3～2：2；和/或，氨基化合物与钴源的摩尔比10～300：2；和/或，含非金属原料与钴源的摩尔比2～25：2。
[0010]根据本专利技术的一实施方式，钴源包括硫酸钴，和/或，含硫原料包括硫粉；和/或，含硒原料包括亚硒酸钠；和/或，溶剂包括乙二醇和/或N,N
‑
二甲基甲酰胺。
[0011]根据本专利技术的一实施方式，乙二醇和N，N
‑
二甲基甲酰胺的体积比为0.8～1.2：1。
[0012]根据本专利技术的一实施方式，溶剂热反应的条件包括：温度为150～210℃，压力0.5～1.5MPa，时间为9～15h；和/或，溶剂包括水，溶剂热反应包括水热反应。
[0013]本专利技术的第二方面，提供一种负载有含钴化合物的碳化钛复合材料，由上述负载有含钴化合物的碳化钛复合材料的制备方法制得。
[0014]本专利技术的第三方面，提供一种降解有机污染物的方法，采用光电解装置进行，光电解装置包括电解池、光源，电解池包括电源、电解槽、阴极、阳极，电解槽中盛有电解质，阴极包括上述负载有含钴化合物的碳化钛复合材料，方法包括：将有机污染物置于电解槽中并与电解质接触，启动电解池，在光源所发出的光的作用下对有机污染物进行降解。
[0015]本专利技术的实施，至少具有以下有益效果：
[0016]本专利技术提供的负载有含钴化合物的碳化钛复合材料的制备方法，通过刻蚀制备多层碳化钛，再采用四甲基氢氧化铵对多层碳化钛进行插层剥离处理，制备得到含有单层碳化钛的产物，将含有单层碳化钛的产物与钴源、氨基化合物、含非金属原料、溶剂混合进行溶剂热反应，使得含钴化合物负载在碳化钛上，得到负载有含钴化合物的碳化钛复合材料。
[0017]通过本专利技术方法制得的复合材料包括单层碳化钛以及负载在碳化钛上的含钴化合物，其中单层碳化钛具有优异的电导率、高效的电荷(载流子)转移能力、高活性金属位点；单层碳化钛表面含有负电性官能团，例如羟基、羧基、氟基等，该些负电性官能团能够与金属离子结合，为含钴化合物的生长提供位点，同时在氨基化合物、含非金属原料(含硒原料或含硫原料)的作用下，钴离子与非金属离子(硫离子或硒离子)结合，促进含钴化合物的生成，从而使得含钴化合物负载在碳化钛上。负载在碳化钛表面的含钴化合物具有中空微球结构和/或纳米花结构，中空微球结构和/或纳米花结构使得复合材料具有更多的活性位点，并且中空微球结构和/或纳米花结构使得复合材料具有开放的表面结构，进一步降低了电荷传输扩散的路径，此外，含钴化合物与碳化钛之间能够形成肖特基结，能够促进复合材料对活性物质的吸附，加速电荷(载流子)的迁移，进一步提高复合材料的催化活性。
[0018]此外，本专利技术的制备方法还具有制备过程简单、易操作等优点，利于工业化生产和应用。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施1中的负载有含钴硫化物的碳化钛复合材料的制备流程图；
[0020]图2是本专利技术实施例1中未负载含钴化合物的多层碳化钛的扫描电镜图；
[0021]图3是本专利技术实施例1中负载有含钴硫化物的碳化钛的扫描电镜图；其中(a)是未
负载含钴化合物的单层碳化钛的扫描电镜图，图3的(b)、(c)和(d)是负载有含钴硫化物的碳化钛的扫描电镜图；
[0022]图4是本专利技术实施例1中的负载有含钴硫化物的碳化钛复合材料的透射电镜图；其中(a)和(b)是放大不同倍数的负载有含钴硫化物的碳化钛复合材料的透射电镜图；
[0023]图5是本专利技术实施例1
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4中复合材料对磺胺甲嘧啶的降解性能图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载有含钴化合物的碳化钛复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用刻蚀剂对铝碳化钛原料进行刻蚀处理，制得多层碳化钛；(2)将所述多层碳化钛分散在含有四甲基氢氧化铵的溶液中，搅拌至少24小时后，对得到的混合体系进行离心处理，得到含有单层碳化钛的上清液，对所述含有单层碳化钛的上清液进行干燥，得到含有单层碳化钛的产物；(3)将所述含有单层碳化钛的产物与钴源、氨基化合物、含非金属原料、溶剂混合，得到混合液，使所述混合液进行溶剂热反应，对得到的反应产物进行纯化处理后，制得负载有含钴化合物的碳化钛复合材料；其中所述氨基化合物包括尿素、水合肼中的至少一种；所述含非金属原料包括含硫原料、含硒原料中的至少一种。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀剂为含有氢氟酸的溶液，且满足：所述含有氢氟酸的溶液中氢氟酸的质量浓度为30～50％；和/或，所述含有氢氟酸的溶液由氢氟酸和/或形成氢氟酸的原料溶于水形成，所述形成氢氟酸的原料包括氟化物和质子酸，所述氟化物包括氟化锂，所述质子酸包括盐酸。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀处理的温度为室温；和/或，刻蚀处理的时间为15～21h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含有四甲基氢氧化铵溶液中四甲基氢氧化铵的质量浓度为15～30％；和/或，步骤(2)中所述干燥的过程包括冷冻干燥的过程，所述冷冻干燥的温度为
‑
80℃～
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50℃，所述冷冻干燥的时间为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，陈风江，范英韬，李永峰，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：