零维钴镍氧化物量子点制造技术

本发明专利技术公开了一种零维钴镍氧化物量子点

【技术实现步骤摘要】
零维钴镍氧化物量子点/一维氮化碳纳米管复合光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光催化
，具体涉及一种零维钴镍氧化物量子点
/
一维氮化碳纳米管复合光催化剂及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]随着工业的快速发展，工业废水排放量不断增多，废水中包含的有毒害无机物
、
有机物
、
重金属离子排入水体后不仅会污染水资源和环境，还对人类健康和水生生物造成严重威胁
。
各种水污染物中，染料是一种常见的污染来源，它具有复杂的有机分子结构，被广泛应用在纺织
、
皮革等工业生产中
。
染料存在色度高
、
有机物浓度高
、
成分复杂且毒性高的特点，排入水体后，会产生如下危害：
(1)
易形成有色层，增加水的浑浊度，阻碍水下生物进行光合作用或呼吸，使其无法生存；
(2)
酸碱性强
、
有机物含量高，严重干扰水体的氧转移机制和自净过程；
(3)
对皮肤有强烈刺激性，接触眼睛会造成眼部灼伤甚至永久失明，吸入染料废水蒸发的化学物质会出现呼吸急促
、
恶心呕吐等症状；
(4)
三苯甲烷染料
、
偶氮染料
、
蒽醌染料等也是常规致癌物，会对生殖系统
、
神经系统
、
肝脏
、
大脑等产生严重损伤；
(5)
存在铜
、
镉
、
镍等重金属离子，毒性强且无法生物降解，对生态系统造成严重影响
。
此外，染料的抗光解
、
抗氧化能力十分突出，这使得染料废水难以处理
。
[0003]因此，去除水体中的有毒染料是一个巨大的挑战，特别是对于工业和市政领域的废水
。20
世纪
90
年代末期对于染料废水的处理仅有沉降等简易净化工艺，随着科学技术的不断进步，针对染料废水处理的研究日益增多，目前的处理方法包括三类，即生物法
、
物理法和化学法
。
由于染料分子的难降解性，传统的物理和生物法已经无法满足染料降解需求
。
化学法主要为高级氧化法
(Advanced Oxidation Processes
，
AOPs)
，主要包括芬顿法
、
臭氧氧化法
、
电化学氧化法
、
光催化氧化法
、
过硫酸盐高级氧化法等
。
染料的光催化氧化降解已经引起了广泛的关注，因为光在半导体催化剂上照射后，会产生空穴和电子对，分别用于氧化和还原过程，能产生活性自由基，活性自由基具有强氧化能力，能将染料分子最终氧化降解为
CO2和水，实现完全降解
。
[0004]CN112619682A
中公开了一种双金属氧化物量子点和氮化碳纳米片的复合材料，包括连续相氮化碳纳米片，以及分散相铜氧化物量子点和铁氧化物量子点
(
零维
/
二维
)。
所述双金属氧化物量子点和氮化碳纳米片的复合材料中，超薄氮化碳纳米片具有大量氮配位，以氮化碳纳米片作为载体，能有效锚定铜铁氧化物量子点，防止金属纳米粒子之间的团聚，促进
Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)
转化，同时，
Fe
3+
作为电子受体，可抑制氮化碳纳米片中光生电子
‑
空穴对的复合，从而提高光
‑
芬顿氧化降解有机污染物四环素的效率
。
[0005]CN109304204A
公开了一种磷掺杂四氧化三钴量子点修饰的石墨相碳化氮复合材料
、
及其制备方法和应用
。
该制备方法以维生素
B12
和三聚氰胺为原料，以小分子醇为溶剂，干燥
、
加热至
500
～
600℃
，保温2～
6h
，冷却研磨获得目标产物
。
该方法制备的石墨相碳化氮复合材料在光催化降解
AO7(
染料
——
橙黄Ⅱ)
中显示出优异的催化活性
。
[0006]CN111584834A
公开了一种金属氧化物量子点嵌入三维碳纳米材料的制备方法，其通过原位生长法将金属氧化物量子点嵌入在三维碳材料内壁中来设计和合成新型的金属氧化物量子点复合三维碳纳米材料
。
其中金属氧化物量子点为：二氧化锡
、
氧化铁
、
氧化钠等金属氧化物中的一种或多种；三维碳纳米材料为碳纳米管阵列
、
碳气泡
、3D
互联碳纳米气泡
、3D
单连碳纳米气泡等三维碳纳米材料中的一种或多种
。
[0007]但目前光催化氧化应用于降解废水中有机污染物的主要缺点有：
(1)
大多商业催化剂图
TiO2只能被紫外光激发产生光生载流子进而产生自由基，紫外光的吸收范围较窄，光能利用率较低，其效率还会受催化剂性质
、
紫外线波长和反应器的限制；
(2)
光照产生的电子空穴对易复合而失活；
(3)
光催化对污染物的去除率较低
。
[0008]影响半导体光催化剂氧化性能的主要因素有：
(1)
光催化剂的能带结构和能级位置；
(2)
光催化剂的光生电子和空穴的分离效率；
(3)
光催化剂的表面性质，包括表面反应过电势
、
表面反应活性位点
、
光催化剂的形貌结构和空间排列
。
[0009]基于上述因素，现有应用于光催化氧化的催化剂仍存在一些问题：
(1)
光谱响应范围窄；由于受到自身能带结构的限制，大部分光催化剂只能吸收约占太阳光谱能量不到5％的紫外光，无法利用占比很大的可见光；
(2)
量子效率低；对于绝大多数半导体光催化剂而言，光生电子和空穴的表面和结构内复合的概率很大，无法避免；
(3)
表面反应效率低；大多数半导体光催化剂的表面反应过电势过高
、
没有合适的反应活性位点或反应活性位点少，导致上述光催化剂表现出较低的表面反应速率，影响光催化降解效率
。(4)
助催化剂成本过高，粒径太大；大多用于作为助催化剂的为贵金属，含量稀缺
、
价格高昂；并且几乎为微纳米结构材料，粒径还可以再优化进而减短载流子传输距离；
(5)
降解工艺复杂化；现有技术利用金属氧化物量子点
(MOs QDs)
与氮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
零维钴镍氧化物量子点
/
一维氮化碳纳米管复合光催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、
将
CNNTs
分散于有机溶剂中，超声，得
CNNTs
分散液；
B、
将步骤
A
所得
CNNTs
分散液和金属盐
、
沉淀剂混合，持续搅拌，得混合分散液；所述金属盐为
CoCl2·
6H2O、NiCl2·
6H2O、Co(CH3COO)2·
4H2O、Ni(CH3COO)2·
4H2O
中的至少一种；所述沉淀剂为碳酸氢铵
、
碳酸铵
、
碳酸钠
、
碳酸钾
、
碳酸氢钠
、
碳酸氢钾
、
氢氧化钠
、
氢氧化钾中的至少一种；
C、
将骤
B
所得混合分散液进行离心，收集下层底物并干燥，得到金属氧化物量子点负载的
CNNTs
前驱体；将前驱体以升温速率2～
8℃/min
升至
350
～
400℃
进行煅烧，然后冷却至室温，研磨，即得零维钴镍氧化物量子点
/
一维氮化碳纳米管复合光催化剂；步骤
A
中，所述
CNNTs
由以下方法制备得到：
a、
将三聚氰胺溶解于水中，进行水热反应，水热反应后，经冷却，所得体系进行离心，将离心后的产物依次经洗涤和干燥，得到纳米管前驱体粉末；前驱体粉末以升温速率2～
5℃/min
升至
520
～
550℃
进行煅烧，然后冷却至室温，研磨，得到
g
‑
C3N4纳米管粉末
CNNTs。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤
A
中，所述有机溶剂为无水乙醇
、
异丙醇
、
乙二醇
、
丙酮
、
二甲基甲酰胺中的至少一种；优选为无水乙醇
。3.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤
A
中，至少满足下列的一项：所述超声的时间为
15
～
30min
；所述
CNNTs
分散液的浓度为5～
20mg/mL。4.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤
B
中，所述
CNNTs
分散液中
CNNTs、
金属盐和沉淀剂的质量比为
0.1
：
0.0157
～
0.0329
：
0.0079
～
0.0420。5.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：高剑，李丹，
申请(专利权)人：四川长虹电子控股集团有限公司，
类型：发明
国别省市：