一种锰氧共掺杂氮化碳及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于水污染控制技术领域，尤其涉及一种锰氧共掺杂氮化碳及其制备方法和应用。该锰氧共掺杂氮化碳由二氰二胺、无水草酸、氯化锰经煅烧得到，可在高碘酸盐氧化体系去除水中污染物中对高碘酸盐起到活化氧化的作用。该复合材料环境友好，金属浸出率低，可以做到高效持久活化高碘酸盐，进而快速去除水中有机污染物。物。物。

【技术实现步骤摘要】
一种锰氧共掺杂氮化碳及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及水污染控制
，尤其涉及一种锰氧共掺杂氮化碳及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着工业、农业的发展，人类活动常产生一些积累于土壤、地表水中的化合物，这些化合物大多是持久性有机污染物，会通过自然循环系统从而导致水污染的增加。有机废水的浓度较高、成分繁杂，且具有难降解、含毒性物质等特征。而常规的污水处理方法如吸附法等，在处理此类有机污染物时已无法满足当今的污水处理要求，所以，有效处理此类工业废水已成为当务之急。
[0003]目前，高级氧化工艺(Advanced Oxidation Processes，AOPs)已经成为去除水中持久性有机污染物的研究热点。AOPs过程主要是通过可以在合适的反应条件下产生具有强氧化能力的自由基(例如
·
OH等)，这种自由基没有选择性，能够氧化大多数有机物，通过自由基与有机污染物之间的加成、脱氢、电子转移与断键等反应，将水体中有机污染物分解成CO2、H2O等小分子物质。
[0004]而高碘酸盐(PI)正是一类新兴的氧化体系，在高碘酸盐(PI)中，一般认为碘酸根自由基(
·
IO3)与其他活性氧物种(如
·
OH、
·
O2‑
、1O2)为主要氧化性物种。并且这些活性物种可以通过紫外或可见光照射、超声、碱、还原剂、过渡金属、活性炭等手段活化产生。
[0005]考虑到能源输入和成本等因素，过渡金属可能是最具潜力的活化PI的方式之一，然而现有研究表明，可以起到活化自由基作用的金属离子、金属氧化物或负载型金属氧化物等材料，存在一定的金属催化剂的毒性，难以再利用，处理不当可能会对环境造成二次污染。
[0006]近年来，碳基材料作为新兴的非金属催化剂适用于过硫酸盐的多种AOPs中。在研究中发现，在氮化碳中适当掺杂过渡金属M(Co、Fe等)可以调整氮化碳碳网络表面的电荷自旋分布，改变表面性质，打破相邻碳的惰性，从而进一步提高氮化碳的催化能力。掺杂的过渡金属M不仅可以调节碳层的电子性质，还可以与氮化碳中的N配位形成M
‑
Nx活性中心，减少金属浸出。因此，将氮化碳基材料与过渡金属结合并将其用于基于高碘酸盐的高级氧化过程以实现污染物快速降解是现阶段研究的关键问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种锰氧共掺杂氮化碳及其制备方法和应用，该锰氧共掺杂氮化碳可以实现高碘酸盐去除水中污染物过程中高碘酸盐的高效持久活化。
[0008]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0009]本专利技术提供了一种锰氧共掺杂氮化碳，其制备原料中包含以下组分：二氰二胺、无水草酸、氯化锰；
[0010]其中，所述二氰二胺与无水草酸的质量比为1：0.6～1；
[0011]所述二氰二胺与氯化锰的质量比为1：0.02～0.1；
[0012]制得的锰氧共掺杂氮化碳的通式为xMn/yO
‑
CN，
[0013]其中x：y＝(0.1～0.5)：(2～6)。
[0014]本专利技术还提供了一种锰氧共掺杂氮化碳的制备方法，包含以下步骤：
[0015]将二氰二胺、无水草酸、氯化锰混合后煅烧得到样品；
[0016]将所述样品依次使用稀盐酸、水、无水乙醇洗涤后干燥得到所述锰氧共掺杂氮化碳。
[0017]可选地，所述煅烧的初始温度为45～55℃，随后以6～14℃/min的升温速率升温至400～700℃，保温2～6h后自然降温到室温。
[0018]可选地，所述洗涤为稀盐酸洗1～3次，水洗2～5次，无水乙醇洗1～3次。
[0019]可选地，所述稀盐酸的浓度为0.05～0.2mol/L。
[0020]可选地，所述干燥的温度为50～70℃，干燥的时间为20～28h。
[0021]本专利技术还提供了所述锰氧共掺杂氮化碳在催化高碘酸盐去除水中污染物中的应用。
[0022]可选地，所述锰氧共掺杂氮化碳的浓度为0.4～0.6g/L，所述高碘酸盐的浓度为0.4～0.6mmol/L。
[0023]可选地，所述高碘酸盐包含高碘酸钾、高碘酸钠中的至少一种。
[0024]可选地，所述水中污染物包含抗生素磺胺嘧啶、双酚A、染料AO7中的至少一种。
[0025]本专利技术的技术方案具有如下有益效果：
[0026]本专利技术以二氰二胺、无水草酸、氯化锰为原料制得了金属与氮化碳基材料结合的锰氧共掺杂氮化碳。锰氧共掺杂氮化碳具有较大的比表面积和较高的催化活性，具有环境友好的特点。锰氧原子可以调整氮化碳碳网络表面的电荷自旋分布，改变其表面性质，打破相邻碳的惰性，进一步提高氮化碳的催化能力。锰还可以与氮配位形成锰氮活性中心，减少金属浸出，避免对环境造成二次污染。
[0027]并且锰氧共掺杂氮化碳可用于高碘酸盐的活化，使高碘酸盐发生高级氧化产生碘酸根自由基，与有机污染物之间发生加成、脱氢、电子转移与断键等反应，将水体中有机污染物分解成CO2、H2O等小分子物质，可较好地应用于环境修复领域。
附图说明
[0028]图1为实施例1制得的0.3Mn/4O
‑
CN的TEM图；
[0029]图2为实施例1制得0.3Mn/4O
‑
CN中各元素能量强度图；
[0030]图3为实施例1制得的0.3Mn/4O
‑
CN中碳元素的TEM电镜mapping图；
[0031]图4为实施例1制得的0.3Mn/4O
‑
CN中锰元素的TEM电镜mapping图；
[0032]图5为实施例1制得的0.3Mn/4O
‑
CN中氮元素的TEM电镜mapping图；
[0033]图6为实施例1制得的0.3Mn/4O
‑
CN中氧元素的TEM电镜mapping图；
[0034]图7为实施例1制得的0.3Mn/4O
‑
CN的SEM电镜图；
[0035]图8为实施例1制得的0.3Mn/4O
‑
CN的XRD图；
[0036]图9为CN、4O
‑
CN、0.3Mn
‑
CN、实施例1制得的锰氧共掺杂氮化碳材料活化PI去除水中SDZ的速率图；
[0037]图10为实施例1制得的锰氧共掺杂氮化碳材料活化PI去除水中BPA、AO7过程的效果图。
具体实施方式
[0038]本专利技术提供了一种锰氧共掺杂氮化碳，其制备原料中包含以下组分：二氰二胺、无水草酸、氯化锰；
[0039]其中，所述二氰二胺与无水草酸的质量比为1：0.6～1，优选为1：0.7～0.9，进一步优选为1：0.8；
[0040]所述二氰二胺与氯化锰的质量比为1：0.02～0.1，优选为1：0.025～0.09，进一步优选为1：0.3～0.8，更进一步优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锰氧共掺杂氮化碳，其特征在于，其制备原料中包含以下组分：二氰二胺、无水草酸、氯化锰；其中，所述二氰二胺与无水草酸的质量比为1：0.6～1；所述二氰二胺与氯化锰的质量比为1：0.02～0.1；制得的锰氧共掺杂氮化碳的通式为xMn/yO
‑
CN，其中x：y＝(0.1～0.5)：(2～6)。2.权利要求1所述的锰氧共掺杂氮化碳的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：将二氰二胺、无水草酸、氯化锰混合后煅烧得到样品；将所述样品依次使用稀盐酸、水、无水乙醇洗涤后干燥得到所述锰氧共掺杂氮化碳。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的初始温度为45～55℃，随后以6～14℃/min的升温速率升温至400～700℃，保温2～6h后自然降温到室温。4.根据权利要求2或3所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，孙萍，柳红霞，方应森，孙鹏佳，韩瑞瑞，翟志才，
申请(专利权)人：嘉兴南湖学院，
类型：发明
国别省市：