[发明专利]一种石墨相氮化碳基非均相类芬顿催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种石墨相氮化碳基非均相类芬顿催化剂的制备方法及其应用，所述催化剂为金属掺杂g‑C₃N₄复合材料，将金属盐和尿素以按比例混合，金属盐和尿素无需做任何前处理，将所得混合体加入到陶瓷坩埚中，并用铝箔纸包裹锅口，盖上锅盖放入马弗炉，采用程序升温，进行煅烧，煅烧过程不需要任何惰性保护气；煅烧后产物自然降温，冷却至室温后取出研磨，即得所需材料。所述一种石墨相氮化碳基非均相类芬顿催化剂在有机废水处理中的应用。本发明所述金属掺杂g‑C₃N₄类芬顿催化剂的一步合成法，无需将各种前驱物提前溶解，再冷干或者蒸干使之均匀混合，仅需控制升温程序，就能使金属元素均匀掺杂，所得材料具有较好的催化PMS降解水体中PPCPs类污染物的能力。

技术领域

本发明涉及有机废水治理技术领域，尤其涉及一种石墨相氮化碳基非均相类芬顿催化剂的制备方法及其应用，该复合材料可用于催化过一硫酸盐（PMS）降解水中的难生物降解有机物。

背景技术

在最近几十年间，难生物降解有机物所造成的环境污染日益成为一个极具挑战性的技术难题。越来越多的新兴环境污染物如药品及其代谢产物、内分泌干扰物、消毒副产物和个人护理品等进入到人的生存环境之中。这些新兴环境污染物大多具有毒性和难生物降解性，传统处理方法难以将其高效去除。因此，需要研究更加高效的处理方法以提升对这些新兴污染物的去除效果。

芬顿/类芬顿氧化是处理有毒有害及难生物降解有机污染物较为实用的技术。通过产生高活性的氧化性物种如羟基自由基（·OH）、硫酸根自由基（·SO₄^-）和单线态氧（·O）等含有不饱和单电子的基团，与有机物进行反应，从而实现有机物的降解及矿化。高级氧化技术作为一种新型的技术，对有机废水的治理具有重要作用。以Fe²⁺和H₂O₂为代表的传统均相芬顿虽然氧化效果好，但是也有较多的缺点。如投入水中的Fe²⁺无法分离回收，后续处理中还会产生大量的铁泥，造成二次污染，同时过氧化氢的利用效率不高等。因此研究高效的非均相芬顿催化剂，以降低污水处理成本和避免二次污染至关重要。

目前报道的非均相催化剂的研究多集中在纳米材料和介孔分子筛负载方面。制备原料需要用到价格昂贵的金属有机化合物，同时合成过程多用水热合成反应釜。制备产量低，且经过多次洗涤之后，损失量较大。而基于g-C₃N₄的非均相催化剂由于具有诸多优点，如制备原料价廉，三聚氰胺、双氰胺、氰胺、硫脲、尿素等很多富氮有机物皆可制备，具有非常广阔的应用前景。例如王新晨以双氰胺和Fe、Cu、Ni、Co、Mn等金属盐掺杂，600℃下烧制合成了金属-g-C₃N₄的复合材料，发现其对可见光的吸收效果都比纯的g-C₃N₄要好。g-C₃N₄具有优异的分子结构，其分子中大量被称作氮量子点的氮原子能够固定金属离子。例如，Ma合成了石墨烯负载的Fe-g-C₃N₄并研究其催化双氧水降解有机污染物的机理，发现Fe-g-C₃N₄对过氧化氢的催化作用主要归因于与氮配位的Fe离子。

现有的文献报道中合成金属离子掺杂g-C₃N₄的方法多为溶解-干燥-烧制，制作略显复杂，且产物不稳定，经常出现烧制后，g-C₃N₄和金属氧化物明显分层，未能成功将金属离子嵌入g-C₃N₄结构中的情况，其制备方法还可进一步改进。

发明内容