一种用于原位合成过氧化氢的可见光光催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种用于原位合成过氧化氢的可见光光催化剂及其制备方法与应用，属于光催化材料制备技术领域；本发明专利技术采用湿浸渍法，以氯金酸浸渍共价有机聚合物，使得氯金酸均匀分布于共价有机聚合物的内表面上，从而辅助硼氢化钠还原制得金纳米颗粒并负载于共价有机聚合物上，合成金负载共价有机聚合物(Au/COFs)可见光光催化剂；该光催化剂能够显著提升对可见光的吸收能力，具有良好的可见光光响应与优异的光催化性能，在可见光下能够高效还原氧气原位合成过氧化氢；该光催化剂可应用于可持续发展的环境领域与清洁生产领域，通过结合高级氧化技术对水体进行杀菌，并且制备方法简便，合成效率高，符合实际生产需要，具有较高的实用价值和良好的环境意义。的实用价值和良好的环境意义。的实用价值和良好的环境意义。

【技术实现步骤摘要】
一种用于原位合成过氧化氢的可见光光催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于光催化材料制备
，具体涉及一种用于原位合成过氧化氢的可见光光催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]消毒是水处理行业中避免致病性细菌及相应疾病传播的必要步骤。虽然目前已经有许多能够解决水中微生物的治理方法，但是传统技术有些过于复杂、低效且有时会受到环境的影响，甚至对环境造成二次污染。
[0003]利用光催化技术原位合成过氧化氢同时进行高级氧化技术(AOPs)成为了光催化和环境化学领域的研究热点。此过程相较于传统的蒽醌工艺，光催化产过氧化氢没有利用危险性较大的氢气(H2)参与反应，只是利用了地球上资源丰富的氧气作为原材料，太阳光作为能量来源，以半导体作为光催化剂，并且整个过程没有发生污染。摒弃了传统光电原位合成过氧化氢高耗能的限制。
[0004]并且高级氧化技术(AOPs)是现如今在处理工业废水以及水消毒最具有前景的技术之一。其主要的优势在于在羟基自由基的参与下，可以有效的去除水中顽固的组分和致病菌，并且整个过程不会产生二次废物。通常，利用Fe
2+
和过氧化氢发生反应产生羟基自由基的芬顿反应是进行水消毒的主要方法[等式(1)]。二价铁与双氧水发生反应，分别生成羟基自由基，1mol的三价铁(Fe
3+
)和1mol的羟基(OH
‑
)。正是由于有羟基自由基的存在，使芬顿反应有了强氧化性。因此，应用芬顿技术进行水消毒以及污染物的降解有着广阔前景。
[0005]Fe
2+
+H2O2→
Fe
3+
+OH
‑
+
·
OH
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0006]COFs材料作为新兴的多孔材料，是一类具有永久孔隙度和高度有序结构的结晶多孔有机聚合物。具有高热稳定性、高表面积，极低的密度以及更好的可修饰性，其主要是由一系列轻元素C、N、H、O、B等组成，并通过共价键等结构单元连接，形成多边形的拓扑结构，具有丰富的氮原子骨架和稳定的化学结构。能为氧气的吸附和原位产生过氧化氢反应提供较多的位点，有利于光催化反应的进行，是一类拥有潜在发展前景的新型有机光催化材料。
[0007]文献报道，一种亚胺键连接的共价有机聚合物(He,S.,Yin,B.,Niu,H.,Cai,Y.,Targeted synthesis of visible
‑
light
‑
driven covalent organic framework photocatalyst via molecular design and precise construction.Applied Catalysis B:Environmental 2018,239,147
‑
153.),是一种具有应用潜力的光催化剂，但是该共价有机聚合物存在光响应范围窄和光生载流子复合率高等问题，制约了其在光催化领域的进一步应用。贵金属作为助催化剂的引入，能够显著提升材料对可见光的吸收能力，同时抑制光生载流子的复合。因此，将金纳米颗粒负载于共价有机聚合物，可大大提高其光催化性能。
[0008]公开号为CN104397026A的专利技术提供了一种水处理高铁酸钾杀菌剂及其制备方法，但其并未解决高铁酸钾与电子结合生成氧化能力强的Fe(Ⅳ)、Fe(
Ⅴ
)效率较低问题，不能充分利用高铁酸钾的氧化能力，不适用于工业应用，同时在生产过程中使用三氯化磷，容易
造成进一步的环境污染；公开号为CN104014352A的专利技术公开了一种BiOCl光催化剂的多元可控合成方法，该催化剂能够用于光催化降解水中的污染物尤其是卡马西平药物，但在催化剂制备过程均使用了较大量的试剂，并且制备过程较为复杂、时间长、增加了环境的负担。

技术实现思路

[0009]本专利技术公开了一种用于原位合成过氧化氢的可见光光催化剂及其制备方法与应用，该光催化剂能够显著提升对可见光的吸收能力，具有良好的可见光光响应与优异的光催化性能，在可见光照射下可以高效还原氧气原位合成过氧化氢，通过结合高级氧化技术对水体进行杀菌，有效去除水中顽固组分和致病菌，并且该制备方法简便，合成效率高，具有较高的实用价值和良好的环境意义
[0010]本专利技术的技术方案如下：
[0011]本专利技术的目的之一在于提供一种用于原位合成过氧化氢的可见光光催化剂的制备方法，采用湿浸渍法，以氯金酸浸渍共价有机聚合物，使得氯金酸均匀分布于共价有机聚合物的内表面上，从而辅助硼氢化钠还原制得金纳米颗粒并负载于共价有机聚合物上。
[0012]进一步的，所述制备方法具体如下：
[0013]S1、在常温条件下，将4,4
′
,4
″‑
(1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6
‑
三基)三苯甲醛，4,4
′
,4
″‑
(1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6
‑
三基)三苯胺溶于由均三甲苯、1,4
‑
二氧六环，3M乙酸构成的三元溶剂之中，混合溶液在超声机中超声并通入氮气，然后将混合溶液置于烘箱之中反应，通过自成核的方式形成淡黄色的沉淀物，反应结束后自然冷却至室温；
[0014]S2、将反应釜中的沉淀物分别用丙酮和四氢呋喃清洗，并置于真空烘箱中干燥，得到共价有机聚合物；
[0015]S3、将经过S2获得的共价有机聚合物置于超纯水之中超声后，加入氯金酸搅拌混匀；
[0016]S4、将硼氢化钠水溶液缓慢地加入到S3所述的溶液中激烈搅拌60min，之后置于油浴锅之上持续搅拌至反应完全，反应结束后自然冷却到室温后，使用纯水和无水乙醇进行清洗，冷冻干燥后即得到金负载共价有机聚合物可见光光催化剂。
[0017]进一步的，所述S1中三元溶剂中均三甲苯、1,4
‑
二氧六环，3M乙酸的体积比分别为5:5:1，三元溶剂的加入量为11mL。
[0018]进一步的，所述S1中混合溶液超声时间为10
‑
20min，通入氮气时间为10
‑
20min。
[0019]进一步的，所述S1中烘箱内反应温度为110
‑
130℃，反应时间为2
‑
4d。
[0020]进一步的，所述S2中干燥温度为110
‑
130℃，干燥时间为8
‑
12h。
[0021]进一步的，所述S4中硼氢化钠水溶液的体积为15
‑
25μL，浓度为0.2
‑
0.4gmL
‑1。
[0022]进一步的，所述S4在油浴锅中搅拌温度为50
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于原位合成过氧化氢的可见光光催化剂的制备方法，其特征在于，采用湿浸渍法，以氯金酸浸渍共价有机聚合物，使得氯金酸均匀分布于共价有机聚合物的内表面上，从而辅助硼氢化钠还原制得金纳米颗粒并负载于共价有机聚合物上。2.如权利要求1所述的一种用于原位合成过氧化氢的可见光光催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、在常温条件下，将4,4
′
,4
″‑
(1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6
‑
三基)三苯甲醛，4,4
′
,4
″‑
(1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6
‑
三基)三苯胺溶于由均三甲苯、1,4
‑
二氧六环，3M乙酸构成的三元溶剂之中，混合溶液在超声机中超声并通入氮气，然后将混合溶液置于烘箱之中反应，通过自成核的方式形成淡黄色的沉淀物，反应结束后自然冷却至室温；S2、将反应釜中的沉淀物分别用丙酮和四氢呋喃清洗，并置于真空烘箱中干燥，得到共价有机聚合物；S3、将经过S2获得的共价有机聚合物置于超纯水之中超声后，加入氯金酸搅拌混匀；S4、将硼氢化钠水溶液缓慢地加入到S3所述的溶液中激烈搅拌60min，之后置于油浴锅之上持续搅拌至反应完全，反应结束后自然冷却到室温后，使用纯水和无水乙醇进行清洗，冷冻干燥后即得到金负载共价有机聚合物可见光光催化剂。3.如权利要求1所述的一种用于原位合成过氧化氢的可见光光催化剂的制备方法，其特征在于，所述S1中三元溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕进红，赵久圣，黄国城，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：