一种用于光-酶协同催化的3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术属于光催化技术领域，涉及一种可用于光

【技术实现步骤摘要】
一种用于光
‑
酶协同催化的3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于光催化
，具体涉及一种用于光
‑
酶协同催化的3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]菲(PHE)是一种具有三环结构的多环芳烃，由自然来源(如森林火灾和火山)和人为行为(如炼油、汽车尾气和煤炭燃烧)产生，PHE及其衍生物的高生物毒性(如致畸性、致癌性和诱变性)使其对生态系统和人类健康产生严重不利影响。因此采取有效的技术手段解决污染问题是有必要的。酶作为一种高效的生物催化剂，在温和条件下具有高底物特异性和选择性，可降解环境污染物。尽管近年来酶工程取得了许多进展，但其纯化成本高，在实际条件下难以回收和再生，限制了其大规模应用。而光催化技术是以太阳能为能源，成为一种绿色、环保、可循环利用降解有机污染物的方法。因此考虑将酶催化与光催化结合，提高活性基团生成量的同时降低催化剂制备成本，并实现催化剂的重复利用。
[0003]氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土金属氧化物，具有优异的电化和光化学性质，已被广泛应用于光催化降解领域。同时CeO2具有可逆的Ce
3+
/Ce
4+
氧化还原循环的特性，被认为具有成为辣根过氧化物纳米酶的潜力。此外光催化领域中常用的半导体材料g
‑
C3N4的合成成本较低、有着可调节的带间能级、无毒无害等优点。但原始的g
‑
C3N4受到了比表面积相对较低、光生电子空穴对极易复合的限制，无法表现出良好的光催化性能。因此考虑对g
‑
C3N4进行形貌调控，提高其比表面积。同时结合具有酶催化活性的CeO2，抑制光生电子空穴对的复合并生成更多的活性基团，进而提高催化效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种可用于光
‑
酶协同催化的3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料的制备方法及应用，本专利技术所制备的3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料具有光
‑
酶协同催化活性，其用于催化降解多环芳烃
‑
菲具有较高的催化活性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一种可用于光
‑
酶协同催化的3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料的制备方法，包括如下的步骤：
[0007](1)3D多孔蜂窝状g
‑
C3N4(FCN)的制备：将三聚氰胺均匀分散在二甲基亚砜中，得三聚氰胺溶液；将三聚氰酸均匀分散在二甲基亚砜中，得三聚氰酸溶液；将三聚氰酸溶液逐滴加入到三聚氰胺溶液中，搅拌使其充分混合，得混合物；向混合物中加入去离子水形成白色沉淀，离心收集白色沉淀并干燥；将干燥后的粉末进行煅烧反应，冷却后研磨得到3D多孔蜂窝状g
‑
C3N4(FCN)；
[0008](2)3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料的制备：将CeO2纳米颗粒均匀分散在乙醇中，得CeO2溶液；将步骤(1)得到的FCN均匀分散在乙醇中，得FCN溶液；将CeO2溶液逐滴滴加到
FCN溶液中并超声使其充分混合，得混悬液；将混悬液静置使复合物完全沉淀，倒出上清液，沉淀物在60℃下干燥，得到3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料。
[0009]进一步地，步骤(1)中三聚氰胺与三聚氰酸的质量比为1:1～2；优选的，三聚氰胺与三聚氰酸的质量比1:1.5。
[0010]进一步地，步骤(1)中干燥方式为烘箱干燥、冷冻干燥或烘箱干燥；优选的，干燥方式为超临界干燥。
[0011]进一步地，步骤(1)中，煅烧反应是指以2
‑
5℃/min升温至500
‑
550℃，保持3
‑
5h；优选的，煅烧反应是指以3℃/min升温至550℃，保持5h；
[0012]进一步地，步骤(2)中，CeO2纳米颗粒的制备：将Ce(NO3)3溶于水中，得硝酸铈溶液；将NaOH溶于水中，得NaOH溶液；将NaOH溶液加入到硝酸铈溶液中，在180～200℃下保持20～24h；冷却至室温后，离心干燥得到白色样品；以1
‑
5℃/min的升温速率加热至350℃保持4h煅烧反应获得CeO2纳米颗粒。
[0013]进一步地，步骤(2)混悬液的混合过程中可以添加适量的丙酮使其更容易混合均匀；
[0014]进一步地，步骤(2)中CeO2纳米颗粒与FCN的质量百分比为30％～70％，优选50％～70％；更优选50％。
[0015]本专利技术制得的3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料，用作光
‑
酶协同催化降解多环芳烃；具体地，本专利技术制得的3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料用于光
‑
酶协同催化降解菲。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的技术方案取得了如下有益的技术效果：
[0017](1)FCN制备过程中使用的原料较少，绿色环保；通过采用了超临界干燥法制备了3D多孔蜂窝状g
‑
C3N4(FCN)，FCN比表面积相比于传统干燥方法更大，从而更容易暴露出活性位点，提供更好的催化效果。
[0018](2)CeO2操作简单，制备成本低；同时具有辣根过氧化物酶特性，Ce
4+
和Ce
3+
可以灵活转变，有效提高活性基团数量，进而有效地提升光催化的降解效率。
[0019](3)复合材料可以在较宽的pH范围内进行光
‑
酶协同催化降解，并且能够达到较高的降解效率，同时具有良好的稳定性能，为光催化降解、光
‑
酶协同催化降解、环境保护等领域提供了思路和手段，具有较大的推广价值。
附图说明
[0020]下面结合附图对本专利技术进一步说明。
[0021]图1是实施例3制得的FCN、CeO2以及3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料的X射线衍射图；
[0022]图2是实施例3制得的3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料的SEM图；
[0023]图3是TMB显色液、FCN、CeO2和3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料的酶活性显色图；
[0024]图4是实施例2
‑
4制得的3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料光
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酶协同催化降解多环芳烃
‑
菲的降解效果图；
[0025]图5是实施例3、实施例5和实施例6制得的CeO2/FCN复合材料光
‑
酶协同催化降解多环芳烃
‑
菲的降解效果图；
[0026]图6是实施例3制得的FCN、CeO2以及3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料光催化降解多
(FCN)。
[0041](2)CeO2纳米颗粒的制备：首先称取1.0g Ce(NO3)3放入30mL H2O中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于光
‑
酶协同催化的3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)3D多孔蜂窝状g
‑
C3N4的制备：将三聚氰胺均匀分散在二甲基亚砜中，得三聚氰胺溶液；将三聚氰酸均匀分散在二甲基亚砜中，得三聚氰酸溶液；将三聚氰酸溶液逐滴加入到三聚氰胺溶液中，搅拌使其充分混合，得混合物；向混合物中加入去离子水形成白色沉淀，离心收集白色沉淀并干燥；将干燥后的粉末进行煅烧反应，冷却后研磨得到3D多孔蜂窝状g
‑
C3N4，即为FCN；(2)3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料的制备：将CeO2纳米颗粒均匀分散在乙醇中，得CeO2溶液；将步骤(1)得到的FCN均匀分散在乙醇中，得FCN溶液；将CeO2溶液逐滴滴加到FCN溶液中并超声使其充分混合，得混悬液；将混悬液静置使复合物完全沉淀，倒出上清液，沉淀物在60℃下干燥，得到3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料。2.根据权利要求1所述的用于光
‑
酶协同催化的3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中三聚氰胺与三聚氰酸的质量比为1:1～2。3.根据权利要求1所述的用于光
‑
酶协同催化的3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中干燥方式超临界干燥。4.根据权利要求1所述的用于光
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酶协同催化的3D多孔蜂窝状CeO2/FCN复合材料的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠玉，冯楚君，徐松，张雨哲，郑旭东，梅金凤，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：