[发明专利]一种表面缺陷型Cl掺杂g-C3

说明书

本发明提供一种新型微波处理制备表面缺陷型Cl掺杂g‑C₃N₄光催化材料及其方法和应用。采用热聚合法制备本体g‑C₃N₄材料，使用微波消解仪在盐酸介质中对制得的本体g‑C₃N₄进行微波酸处理，据此得到表面缺陷型Cl掺杂g‑C₃N₄材料。本发明的新型表面缺陷Cl掺杂g‑C₃N₄材料呈现天然海绵状结构，盐酸中Cl原子占据氮空位，掺杂到g‑C₃N₄骨架中，电子分布不均从而形成表面极化场，降低材料表面的空穴电子复合率，增强光催化剂活性。本发明的材料对双氯芬酸钠、苯酚和双酚A的降解率分别为97%，85.7％和88.2％，分别高于本体g‑C₃N₄的96%、50.7％和48.7％。

技术领域

本发明属于分析化学技术领域，具体涉及一种新型微波处理制备表面缺陷型Cl掺杂g-C₃N₄光催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

作为城市水环境中的新型有机污染物，药物及个人护理品（PPCPs），其种类繁杂，具体包括各类药物、杀菌剂和抗生素等。近年来，在人们的日常生活中，外用护理品、化妆品和药品等被频繁地使用，甚至未使用完的产品会被随意的扔到垃圾堆。如果处理不当，它们将会通过渗透进入城市水环境中，具有长期危害性和生物积累性，难挥发难被生物降解，直接影响到人们的健康，危及城市水安全。在实际生活中，大多数PPCPs通常以原始或转化形式进入污水中。同时，这是种长久普遍存在的痕量污染物。近年来研究中表明地表水和地下水中均存在PPCPs及其代谢物，但浓度很低，大约在ng/L-μg/L的含量区间。而与此同时，我国针对水环境中的PPCPs浓度控制数据极其少，围绕PPCPs相关的研究正处于起步阶段。

污水厂是PPCPs污染物主要的处理场所，但各厂采取的处理工艺也不尽相同，PPCPs的去除方法主要包括物理分离法（吸附与膜分离）、生物降解法（厌氧生物处理与好氧生物处理）、化学氧化法（臭氧氧化、芬顿氧化、辐射分解、超声氧化、光催化氧化、湿式氧化、热解及低温等离子体技术等）及其耦合技术。吸附法条件温和，简单易行，但吸附剂的再生及后续处理成本较高；膜分离法去除效率高，但容易造成膜污染，且浓缩液需要进一步处理；生物法中膜生物反应器，与传统生物法相比，可极大提高污染物去除效率；化学氧化法，尤其是基于羟基自由基（·OH）的高级氧化法，具有污染物去除效率高等优点，但运行成本较高，操作复杂。因此，函待发展一种绿色、高效、低成本的污染物处理技术。

光催化技术作为一种安全、高效、环境友好的技术，可应用于深度降解PPCPs。目前，光催化技术存在的主要科学问题是量子效率不高和可见光活性差。要解决以上的问题，须从光催化反应的本质考虑，一是如何进一步抑制光生电子和空穴的复合率，提高光催化的量子效率问题；二是如何进一步拓展太阳光吸收波段，开发具有可见光甚至红外光响应的光催化体系。光催化体系中，电荷的分离和光生载流子的迁移是反应的决速步，但由于热量的损失、表面及体相的缺陷等外界因素的存在，会使光致电子和空穴发生复合。因此，要想提高光催化反应的量子效率，选择合适的改性方法以降低电子-空穴复合率成为研究的关键点。

类石墨相氮化碳（g-C₃N₄）无毒无害、环境友好、可使用自然光、制备工艺简单、性能易于调控，在净化环境和利用清洁新能源方面有广泛应用前景。它的禁带宽度为~2.7eV，能够吸收太阳光谱中的蓝紫光，因此可以作为利用太阳能进行光催化转化的光催化材料。但同时单体g-C₃N₄在可见光区的响应范围较窄，量子效率很低，不足0.1%，另外存在电子和空穴较容易产生复合的缺陷。