一种非均匀负载金属/K制造技术

本发明专利技术属于环境化学和催化化学领域，公开了一种非均匀负载金属/K

【技术实现步骤摘要】
一种非均匀负载金属/K
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掺杂氮化碳纳米棒及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于环境化学和催化化学领域，具体涉及一种非均匀负载金属/K
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掺杂C3N4纳米棒光催化剂的制备及其在光催化氧化降解有机污染物和光催化加氢还原脱卤降解卤代有机污染物中的应用。

技术介绍

[0002]光催化过程可以产生氧化性的空穴和还原性的电子。光生空穴可以与水反应产生羟自由基。因此，光催化方法既可应用于氧化反应，也可应用于还原反应，在环境净化、能源和化学品转化与合成中都体现出了良好的应用前景。
[0003]石墨相氮化碳(g
‑
C3N4)具有稳定性好、制备方法简单和合适的禁带宽度(2.7eV)等优点，作为光催化剂受到极大的关注。然而，常规方法制备的g
‑
C3N4因为比表面积过小、对光吸收弱或载流子分离效率较差，往往光催化性能较差，无法满足实际应用需求。因此，对其进行改性以显著增强其光催化性能一直是研究热点。
[0004]常用的改性方法有增加比表面积，进行形貌调控，与其他光催化剂复合构建异质结结构，掺入杂原子和负载金属等。其中，碱金属掺杂和贵金属沉积均是十分有效的策略。Zhang等以KCl为结构诱导剂对无定型C3N4材料进行热处理制备了K
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梯度掺杂的C3N4。在该K
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掺杂的C3N4中形成了内建电场，促进产生的载流子快速分离，使得其光催化产氢速率相比无定型C3N4提高了34倍(ACS Catalysis 2021,11(12),6995
‑
7005)。常见贵金属如金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)等，当其纳米颗粒沉积在g
‑
C3N4，会与g
‑
C3N4形成肖特基结，二者费米能级的差异以及贵金属的等离子共振效应共同促使光生载流子快速分离。同时，贵金属颗粒作为反应活性中心也能引发反应，大大加快光催化反应。例如，Xiong等人在g
‑
C3N4上沉积了单原子Pt，该材料的产氢速率是未沉积Pt的g
‑
C3N4的1340倍。在单原子Pt沉积g
‑
C3N4中，Pt与周围氮原子结合形成Pt
2+
‑
N键。当催化剂受光激发后，产生的电子注入，导致Pt
2+
还原形成Pt0，并伴随Pt
2+
‑
N键的断裂和
‑
C＝N键的形成，从而导致电子和空穴分别向Pt和g
‑
C3N4的定向迁移，实现光生电子和空穴的高效分离(Angewandte Chemie,2020,132(15),6283
‑
6288)。Lei等采用化学还原的方法，制备了Pd负载的g
‑
C3N4(Pd/g
‑
C3N4)，在可见光(波长大于400nm)下将其应用于BDE47的还原降解，发现反应120min可导致BDE47的完全脱溴(Applied Catalysis B:Environmental,2020,261,118236)。但需要指出的是，目前报道的金属修饰C3N4材料中，金属负载或沉积通常是均匀分布在C3N4上的。

技术实现思路

[0005]针对g
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C3N4光催化剂载流子分离效率较差和光催化性能较差的缺点，本专利技术提供了一种非均匀负载金属/K
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掺杂C3N4纳米棒光催化剂。这种非均匀负载金属/K
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掺杂C3N4纳米棒光催化剂，具有如下特征：(1)K
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掺杂C3N4为纳米棒；(2)纳米金属颗粒在单个K
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掺杂C3N4纳米棒表面分布极不均匀，成团簇聚集；(3)纳米金属颗粒在不同K
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掺杂C3N4纳米棒上分布也
极不均匀。
[0006]本专利技术的目的不仅在于提供上述非均匀负载金属/K
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掺杂C3N4纳米棒光催化剂的制备方法，还提供了该催化剂在有机污染物氧化降解和卤代有机污染物催化加氢还原脱卤反应中的应用。
[0007]本专利技术的非均匀负载金属/K
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掺杂C3N4纳米棒按以下三步制备：
[0008](1)准确称取一定量的碳氮前驱体，置于带盖的坩埚中，在连通空气的马弗炉中加热至500℃，保持4h，然后自然冷却至室温，得到中间产物A。
[0009](2)称取一定量的中间产物A和KCl/LiCl复合盐(指KCl和LiCl的混合物)，置于研钵中研磨混匀后，转移至带盖的瓷舟中，放入管式炉中，通入Ar气排出管式炉中的空气，30～60min后，再以10℃/min加热至550℃，保持4h，然后自然冷却至室温；将产物分散于去离子水中，经滤膜抽滤分离和多次水洗后，收集产物，在真空干燥箱中60℃烘干8
‑
12h，制得K
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掺杂C3N4纳米棒。
[0010](3)准确称取一定量的K
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掺杂C3N4纳米棒，将其分散至50mL去离子水中，经5min超声分散后，加入提前配制的金属离子的水溶液，恒温25℃搅拌(转速100
‑
150转/分钟)30min，然后在剧烈搅拌(转速400
‑
600转/分钟)的条件下，逐滴加入NaBH4水溶液，加完继续剧烈搅拌30min后，将悬浮液过滤膜抽滤分离；待固液完全分离后，依次加5mL硫酸水溶液(0.1mol
·
L
‑1)和50mL去离子水洗涤所得固体产物；最后，将该固体产物转移至真空干燥箱60℃干燥8
‑
12h，制得非均匀负载金属/K
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掺杂C3N4纳米棒。
[0011]优选地，步骤(1)中所述的碳氮前驱体为三聚氰胺、二氰二胺、尿素中的一种或几种。
[0012]优选地，步骤(2)中中间产物A与KCl/LiCl复合盐的质量比为1：5～1：25。
[0013]优选地，步骤(2)中KCl/LiCl复合盐中KCl的质量百分比为30％～60％。
[0014]优选地，步骤(2)中Ar的流速为40～80cc/min。
[0015]优选地，步骤(3)中所述的金属离子为Pd
2+
，Pt
4+
，Pt
2+
，Ag
+
，Au
3+
，Rh
3+
，Ru
3+
，Cu
2+
，Ni
2+
中的一种；金属离子的质量为K
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掺杂C3N4纳米棒质量的0.1％～2％。
[0016]优选地，步骤(3)中NaBH4加入的摩尔量为金属离子摩尔量的1～10倍。
[0017]本专利技术的非均匀负载金属/K
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掺杂C3N4纳米棒光催化氧化水中有机污染物的方法按以下方式进行：在含有有机污染物的水中加入非均本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非均匀负载金属/K
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掺杂C3N4纳米棒，其特征在于：所述的K
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掺杂C3N4为纳米棒，且纳米金属颗粒在单个K
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掺杂C3N4纳米棒表面分布不均匀，成团簇聚集，同时在不同K
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掺杂C3N4纳米棒上分布也不均匀。2.权利要求1所述的非均匀负载金属/K
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掺杂C3N4纳米棒按以下三步制备：（1）称取一定量的碳氮前驱体，置于带盖的坩埚中，在连通空气的马弗炉中加热至500 ℃，保持4 h，然后自然冷却至室温，得到中间产物A；（2）称取一定量的步骤（1）制备的中间产物A和KCl/LiCl复合盐，研磨混匀，转移至带盖的瓷舟中，放入管式炉中，通入Ar气排出管式炉中的空气，再以10 ℃/min加热至550 ℃，保持4 h，然后自然冷却至室温，将产物分散于去离子水中，经滤膜抽滤分离和多次水洗后，收集产物，在真空干燥箱中60 ℃烘干8
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12 h，制得K
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掺杂C3N4纳米棒；（3）称取一定量的步骤（2）制备的K
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掺杂C3N4纳米棒，将其分散至去离子水中，经超声分散后，加入金属离子的水溶液，恒温25℃下以100
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150转/分钟的转速搅拌30 min，然后在400
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600转/分钟的转速剧烈搅拌的条件下，逐滴加入NaBH4水溶液，加完继续剧烈搅拌30 min后，将悬浮液过滤膜抽滤分离；待固液完全分离后，依次加0.1 mol
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‑1硫酸水溶液和去离子水洗涤所得固体产物；最后，将该固体产物转移至真空干燥箱，在60 ℃下干燥8
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12 h，制得非均匀负载金属/K
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掺杂C3N4纳米棒。3.根据权利要求2所述的非均匀负载金属/K
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掺杂C3N4纳米棒的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的碳氮前驱体为三聚氰胺、二氰二胺、尿素中的一种或几种。4.根据权利要求2所述的非均匀负载金属/K
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掺杂C3N4纳米棒的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中中间产物A与KCl/LiCl复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁耀彬，彭学勤，唐和清，雷鸣，吕康乐，王成俊，
申请(专利权)人：中南民族大学，
类型：发明
国别省市：