用于降解微塑料协同产氢的两亲性CoP/g-C3N4材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于降解微塑料协同产氢的两亲性CoP/g

【技术实现步骤摘要】
用于降解微塑料协同产氢的两亲性CoP/g
‑
C3N4材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于催化剂制备
，具体涉及一种用于降解微塑料协同产氢的两亲性CoP/g
‑
C3N4材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，一种新型污染物“微塑料”逐渐进入人们的视线。微塑料这一概念于2004年由Richard C.Thompson首次提出，指直径小于5mm的塑料碎片和颗粒。由于微塑料体积小，比表面积大，对污染物的吸附能力强，且微塑料被误食后无法消化，这无疑会对生物和人体带来双重危害。2018年《The New York Times》报道，欧洲联合胃肠病学周发布了一项新研究，首次确认在人体内发现了多达9种不同种类的微塑料。研究人员表示，它们可能对人体消化系统的免疫反应产生影响，也可能会协助有毒化学物质和病原体在人体中的扩散。然而，近5年来我国才逐渐对微塑料开展研究，人们对其污染现状、环境危害及治理手段等认识还比较有限。因此，针对微塑料污染对生态系统、食品安全及公共卫生等领域带来的威胁，开发先进的微塑料治理技术已迫在眉睫。
[0003]微塑料资源化利用是在一种新的理念下形成的微塑料治理方法，是一项极具发展潜力但仍处于探索初期的技术。它利用先进的技术手段将生态环境中的微塑料经过汇集和相应净化处理后，转化为具有高附加值的化学品，比以往微塑料处理技术更具经济性、环保性和可持续性。研究表明，在光催化条件下微塑料可被氧化降解，使塑料特别是微塑料作为氧化底物引入光催化产氢系统成为可能。在光催化制备氢的过程中，一般需要添加合适的牺牲剂来消耗光生空穴，从而加快氢气的产生速率和延长催化剂的使用寿命。然而，在这一过程中产生的氢气有时并不足以抵消生产牺牲剂所需的能量。所以，在光催化产氢系统中引入微塑料作为光生空穴的牺牲剂，即光催化降解微塑料协同产氢技术，具有极大的应用前景。此技术不仅有望同时缓解微塑料污染和能源短缺的局面，而且微塑料还可以通过一系列氧化反应产生含碳高值化产物(醋酸、甲酸、乙二醇等)，实现微塑料的资源化利用。技术在实际应用中拥有巨大潜力，但相关的应用研究还相对缺乏。
[0004]然而，微塑料疏水性较强，催化剂表面的H
+
和微塑料相对浓度无法调控。Han Sen Soo等人研究表明，由于微塑料的疏水性较强，催化剂和微塑料之间接触面积较小，在不添加过硫酸盐的情况下微塑料氧化反应进行的非常缓慢。催化反应是催化剂的表面反应，在降解微塑料协同产氢的反应过程中，催化剂表面的H
+
很容易通过水的解离获取，如何保证一定浓度的微塑料与催化剂表面进行有效接触，使催化剂表面H
+
和微塑料的相对浓度达到加速分离光生电子
‑
空穴对的目的？因此，开发新的合成方法和工艺，可控制备同时具有亲水基团和疏水基团的两亲性光催化剂对于微塑料的资源化利用具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种用于降解微塑料协同产氢的两亲性CoP/g
‑
C3N4材料，该光催化剂
在使用中与H
+
和微塑料均有较好的接触，具有较高的光催化活性和稳定性。
[0006]本专利技术还提供一种所述降解微塑料协同产氢的两亲性CoP/g
‑
C3N4材料的制备方法，该方法简单，易于重复。
[0007]为解决上述问题，本专利技术采用了以下技术方案：
[0008]一种用于降解微塑料协同产氢的两亲性CoP/g
‑
C3N4材料，将g
‑
C3N4和ZIF
‑
67纳米片在复合溶剂中混合后，进行磷化，得到两亲性CoP/g
‑
C3N4材料，该两亲性CoP/g
‑
C3N4材料中ZIF
‑
67纳米片的质量是g
‑
C3N4质量的0.5～5％；所用复合溶剂选自水、N,N
‑
二甲基酰胺、甲醇、乙醇、丙酮或石油醚中的一种。经透射电子显微镜(TEM)证实，所述CoP均匀地分散在g
‑
C3N4纳米片上。
[0009]本专利技术中，所述的两亲性CoP/g
‑
C3N4材料是以ZIF
‑
67纳米片和g
‑
C3N4为前驱体，通过溶剂处理和低温磷化获得，低温磷化是以亚磷酸钠为磷源，在惰性氛围对ZIF
‑
67纳米片和g
‑
C3N4复合物下进行。
[0010]作为优选，所用复合溶剂为乙醇。
[0011]作为优选，该两亲性CoP/g
‑
C3N4材料中ZIF
‑
67纳米片的质量是g
‑
C3N4质量的2％
±
1％。
[0012]一种所述的用于降解微塑料协同产氢的两亲性CoP/g
‑
C3N4材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0013]步骤1，将尿素置于带盖陶瓷坩埚中，空气中550
±
50℃煅烧，得到g
‑
C3N4；步骤2，将Co(NO3)2·
6H2O、二甲基咪唑与适量水混合，搅拌6h
±
2h，抽滤、洗涤，在50～80℃下干燥10～12h，得到ZIF
‑
67；
[0014]步骤3，将步骤2所得ZIF
‑
67与Co(NO3)2·
6H2O和适量甲醇混合，在100～120℃的温度下反应1～3h；冷却后离心，60℃干燥12h
±
2h，得到ZIF
‑
67纳米片；
[0015]步骤4，将步骤1得到的g
‑
C3N4分散于复合溶剂中超声0.5～2h；
[0016]步骤5，步骤3得到的ZIF
‑
67纳米片分散在少量水中超声0.5～2h；水的用量以能够分散ZIF
‑
67纳米片即可；
[0017]步骤6，将步骤5所得溶液滴入步骤4所得溶液中，搅拌混合、离心，得到的沉淀物在60～80℃下干燥6～10h；
[0018]步骤7，将步骤6中所得产物进行磷化，得到所述的两亲性CoP/g
‑
C3N4材料。
[0019]作为优选，步骤2中，Co(NO3)2·
6H2O与二甲基咪唑的重量比为1:8
‑
12。最佳为1:9.5
‑
10。
[0020]作为优选，步骤3中，ZIF
‑
67与Co(NO3)2·
6H2O的重量比为1:1
‑
3。进一步优选为1:1.5
‑
2.2，最佳为1:1.9
‑
2.0。
[0021]作为优选，步骤4中，g
‑
C3N4与复合溶剂的用量比为5
‑
50mg/mL。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于降解微塑料协同产氢的两亲性CoP/g
‑
C3N4材料，其特征在于将g
‑
C3N4和ZIF
‑
67纳米片在复合溶剂中混合后，进行磷化，得到两亲性CoP/g
‑
C3N4材料，该两亲性CoP/g
‑
C3N4材料中ZIF
‑
67纳米片的质量是g
‑
C3N4质量的0.5～5％；所用复合溶剂选自水、N,N
‑
二甲基酰胺、甲醇、乙醇、丙酮或石油醚中的一种。2.根据权利要求1所述的用于降解微塑料协同产氢的两亲性CoP/g
‑
C3N4材料，其特征在于：所用复合溶剂为乙醇。3.根据权利要求1所述的用于降解微塑料协同产氢的两亲性CoP/g
‑
C3N4材料，其特征在于：该两亲性CoP/g
‑
C3N4材料中ZIF
‑
67纳米片的质量是g
‑
C3N4质量的2％
±
1％。4.一种权利要求1所述的用于降解微塑料协同产氢的两亲性CoP/g
‑
C3N4材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤1，将尿素置于带盖陶瓷坩埚中，空气中550
±
50℃煅烧，得到g
‑
C3N4；步骤2，将Co(NO3)2·
6H2O、二甲基咪唑与适量水混合，搅拌6h
±
2h，抽滤、洗涤，在50～80℃下干燥10～12h，得到ZIF
‑
67；步骤3，将步骤2所得ZIF
‑
67与Co(NO3)2·
6H2O和适量甲醇混合，在100～120℃的温度下反应1～3h；冷却后离心，60℃干燥12h
±
2h，得到ZIF
‑
67纳米片；步骤4，将步骤1得到的g
‑
C3N4分散于复合溶剂中超声0.5～2h；步骤5，步骤3得到的ZIF
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚男，王燕刚，邹旭辉，李溪，沈张峰，夏启能，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：