一种羰基官能化石墨相氮化碳的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于光催化材料领域，具体涉及一种羰基官能化石墨相氮化碳的制备方法，羰基官能化石墨相氮化碳的应用，以及一种污水处理方法。羰基官能化石墨相氮化碳的制备方法包括如下步骤：按照20g:(5

【技术实现步骤摘要】
一种羰基官能化石墨相氮化碳的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于光催化材料领域，具体涉及一种羰基官能化石墨相氮化碳的制备方法，羰基官能化石墨相氮化碳的应用，以及一种污水处理方法。

技术介绍

[0002]现代工业的快速发展给人类生产生活带来便利，但是同时也造成了日益严重环境污染问题。例如，在化工或医药行业，大量的有机化合物被生产和消费，同时也通过各种途径进入自然界中，造成土壤和水体污染。某些有机化合物在水体中具有高溶解性、稳定性，以及耐久性等特点，因而容易在湖泊、河流、水库等自然水体中富集，造成严重污染问题。此外，常规的污水处理方法(如活性污泥法、混凝沉淀法等)通常不能完全去除污水中的有机化合物。这些化学物在水体中溶解后不仅影响水生生物的繁殖和代谢，还会通过食物和饮用水重新进入人体。因此，迫切需要提高此类难降解的有机化合物在水污染处理环节中的降解效率，以减少其对环境的破坏，进而实现可持续发展的目标。
[0003]催化降解是处理有机污染物的一条可行的路径，该方法是通过某些活性物质促进污染物在水体中自然降解，进而将有毒有害的有机污染物转换为一些无害化的产物。催化降解过程中需要解决的问题是如何得到一些活化性能强，降解效率高，且成本较低的材料。其中，光催化降解是污染物催化降解处理中的一个技术方向。常规的光催化技术中通常采用金属氧化物(如TiO2)或硫化物等作为光催化剂。这些光催化剂的光吸收波长范围窄，吸收波长主要集中在紫外光区域，而紫外光仅占进入大气层的太阳光能量的5％左右，因此这些光催化材料对太阳能的利用率过低。
[0004]石墨相氮化碳是一种非金属半导体化合物，该物质可以为有机污染物降解过程提供催化效果，提升污染物的降解效率和去除率。此外，该材料还具有密度低，化学稳定性和热稳定性高，无毒无害，来源丰富且制备简单的特点。石墨相氮化碳具有优异的吸收光谱范围，无需紫外光仅在可见光下即可起到光催化作用。但是，石墨相氮化碳在实际应用中仍然面临一些挑战，比如光生电子
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空穴复合速率快、量子效率低、比表面积不够大等缺点，这很大程度上限制了该材料在污水处理中的实际应用效果。

技术实现思路

[0005]为了现有石墨相氮化碳材料在污水处理过程中存在量子效率低、比表面积较小，且光催化性能不强的问题，本专利技术提供一种羰基官能化石墨相氮化碳的制备方法及其应用。
[0006]本专利技术采用以下技术方案实现：
[0007]一种羰基官能化石墨相氮化碳的制备方法，包括如下步骤：
[0008]按照20g:(5
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5000)mg的质量比准备氮化碳前体和嘧啶类化合物作为原料；将原料充分混合均匀后，升温至500
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700℃后恒温热聚合反应1
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5h，反应结束后将产物自然冷却至室温，即得到所需的羰基官能化石墨相氮化碳材料。
[0009]作为本专利技术进一步优选地方案，氮化碳前体为单氰胺、硫脲、双氰胺、三聚氰胺和尿素中的一种或任意多种。
[0010]进一步优选地，氮化碳前体选择尿素。
[0011]作为本专利技术进一步优选地方案，嘧啶类化合物为尿嘧啶、胞嘧啶、胸腺嘧啶和硫脲嘧啶中的一种或任意多种。
[0012]作为本专利技术进一步优选地方案，恒温热聚合反应过程中，将混合均匀后的原料送入到马弗炉内，然后对马弗炉进行升温，炉温达到煅烧温度后，保温煅烧1
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5h，煅烧结束后，将产物从马弗炉内取出并自然冷却至室温。
[0013]作为本专利技术进一步优选地方案，煅烧前的升温阶段，马弗炉内的升温速率控制为2.5
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10℃/min。
[0014]本专利技术还包括一种羰基官能化石墨相氮化碳的应用，采用如前述的羰基官能化石墨相氮化碳作为过硫酸盐降解有机污染物时的光催化剂，提升过硫酸盐的活性和污染物处理的速率。
[0015]作为本专利技术进一步优选地方案，过硫酸盐为过硫酸氢钾或过硫酸氢钠。
[0016]本专利技术还包括一种污水处理方法，该处理方法中采用如前述的羰基官能化石墨相氮化碳作为活性催化剂，污水处理方法包括如下步骤：
[0017]在含有目标污染物的污水中，根据处理不同污染物时不同药品的添加量的专家经验值，向污水中投入最佳用量的过硫酸盐和活性催化剂，充分混合后，在光照条件下进行污染物的光催化降解反应。目标污染物包括对乙酰氨基酚。
[0018]光催化降解反应结束后，对催化剂进行回收，回收的催化剂洗涤干燥后进行再利用。
[0019]本专利技术提供的技术方案，具有如下有益效果：
[0020]本专利技术提供的羰基官能化石墨相氮化碳的制备方法成功将羰基官能团引入到普通石墨相氮化碳的庚嗪环骨架上，进而大大提高了材料的光吸收率。该方法明显提升了普通氮化碳原有的光生电子
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空穴的分离效率，使得材料的光催化活性得到增强。利用制备的羰基官能化石墨相氮化碳作为催化剂，可以提高过硫酸盐的活化效率，从而增强其对难降解污染物的降解速率和去除率。
[0021]本专利技术提供的制备方法使用的原料价格低廉，经简单的热聚合反应即可制备羰基官能化氮化碳材料。制备工艺简单、方便，生产成本较低，经济效益突出。形成的羰基官能化氮化碳材料显著降低光生电子空穴的复合率，有效提高了材料的光催化能力，环保性能明显。制备的羰基官能化氮化碳材料在污水处理和有机污染物降解等领域具有广泛的应用前景，因而适合进行大规模的推广应用。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例中提供的一种羰基官能化石墨相氮化碳的制备方法的工艺流程图。
[0023]图2为本专利技术不同实施例制备出的石墨相氮化碳材料的产物图像。
[0024]图3为本专利技术实施例制备的羰基官能化石墨相氮化碳材料的XPS能谱图。
[0025]图4为本专利技术实施例中实验组和对照组的产品，在漫反射光谱仪中测定的光吸收
率曲线。
[0026]图5为本专利技术实施例中实验组和对照组的产品，在光催化降解试验中的污染物去除率曲线。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0028]如图1所示，本实施例提供的一种羰基官能化石墨相氮化碳的制备方法包括如下步骤：
[0029]按照20g:(5
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5000)mg的质量比准备氮化碳前体和嘧啶类化合物作为原料；将原料充分混合均匀后，升温至500
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700℃后恒温热聚合反应1
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5h，升温速率控制为2.5
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10℃/min；反应结束后将产物自然冷却至室温，即得到所需的羰基官能化石墨相氮化碳材料。
[0030]其中，氮化碳前体可以选择单氰胺、硫脲、双氰胺、三聚氰胺和尿素中的一种或任意多种。最优选的方案是选用尿素。嘧啶类化合物则可以选择尿嘧啶、胞嘧啶、胸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种羰基官能化石墨相氮化碳的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按照20g:(5
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5000)mg的质量比准备氮化碳前体和嘧啶类化合物作为原料；将原料充分混合均匀后，升温至500
‑
700℃后恒温热聚合反应1
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5h，反应结束后将产物自然冷却至室温，即得到所需的羰基官能化石墨相氮化碳材料。2.如权利要求1所述的羰基官能化石墨相氮化碳的制备方法，其特征在于：所述氮化碳前体为单氰胺、硫脲、双氰胺、三聚氰胺和尿素中的一种或任意多种。3.如权利要求2所述的羰基官能化石墨相氮化碳的制备方法，其特征在于：所述氮化碳前体选择尿素。4.如权利要求1所述的羰基官能化石墨相氮化碳的制备方法，其特征在于：所述嘧啶类化合物为尿嘧啶、胞嘧啶、胸腺嘧啶和硫脲嘧啶中的一种或任意多种。5.如权利要求1所述的羰基官能化石墨相氮化碳的制备方法，其特征在于：恒温热聚合反应过程中，将混合均匀后的原料送入到马弗炉内，然后对马弗炉进行升温，炉温达到煅烧温度后，保温煅烧1
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5h，煅烧结束后，将产物从马弗炉内取出并自然冷却至室温。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：崔敏姝，崔康平，刘雪岩，陈星，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：