[发明专利]一种单质铜和铜铁氧化物共修饰石墨相氮化碳磁性催化剂的制备方法及应用

说明书

一种单质铜和铜铁氧化物共修饰石墨相氮化碳磁性催化剂的制备方法及应用，属于电化学水处理技术领域。本发明利用双氰胺在高温条件发生热聚合反应，制备石墨相氮化碳，并以制备好的石墨相氮化碳为基体材料，通过溶剂热法将单质铜和铜铁氧化物共同修饰到石墨相氮化碳上，获得具有良好分散效果的非均相催化剂。本发明所需材料价格低廉，方便获取，且催化剂便于回收，应用pH广泛，克服传统电‑芬顿应用pH范围窄，易产生铁泥，催化剂难以重复利用等缺点，在废水处理方面具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学水处理技术领域，涉及一种单质铜和铜铁氧化物共修饰石墨相氮化碳 磁性催化剂的制备方法及应用。

背景技术

电-芬顿技术是结合电化学高级氧化和芬顿氧化的一种高级氧化技术，可通过阴极产生过 氧化氢(H₂O₂)与亚铁离子(Fe²⁺)发生反应形成具有强氧化能力的羟基自由基(·OH,E₀＝2.87 V v/s SHE)。·OH是一种仅次于氟的氧化剂可以无选择性的降解水中的有机污染物，但是传 统的电-芬顿技术具有反应pH范围窄(pH＝2～4)，产生铁泥，Fe²⁺不能重复利用等缺点，限制 其在废水处理领域的应用。固体催化剂因对pH敏感度低可用来代替Fe²⁺活化H₂O₂形成非均 相电-芬顿体系。铜基固相催化剂可提供一价铜离子(Cu⁺)，在中性条件下与H₂O₂反应形成 ·OH，Cu⁺具有类似于Fe²⁺的催化作用，可形成非均相类电-芬顿体系，且Cu⁺催化速率高于 Fe²⁺(kCu⁺/H₂O₂＝1.0×10⁴M^-1s^-1,kFe²⁺/H₂O₂＝76M^-1s^-1)。但是铜基催化剂因不具有磁性难以 回收。近年来，非均相磁性金属催化剂因制作成本低、操作条件温和、易于回收等优势成为 研究热点。有研究报道单质铜修饰的铜铁氧化物(Cu-CuFe₂O₄)可促进芬顿反应，加速降解 有机污染物。Cu-CuFe₂O₄可通过溶剂热法直接合成，制作方法简单。然而磁性金属纳米粒子 容易团聚，因此紧迫需要制备一种磁性固相催化剂用于非均相类电-芬顿体系，氧化降解有机 污染物。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种含有具有类石墨结构的层状化合物，可通过高温热聚合 含氮的前驱体，如三聚氰胺，双氰胺，尿素等制备得到。g-C₃N₄具备良好的机械性能，耐酸 碱，环境友好型，制备价格低廉等优势。这些优点可以使g-C₃N₄被用来作为基体材料使用。

本发明采用溶剂热法将单质铜(Cu⁰)和铜铁氧化物(CuFe₂O₄)共同修饰到自行制备的 石墨相氮化碳上，目的是实现在中性条件下，良好降解有机污染物的同时方便回收催化剂。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种单质铜和铜铁氧化物共修饰石墨相氮化碳磁性材料的制备方 法及应用，本发明所需要的材料价格低廉，方便易得，制备方法简单，且制备的单质铜和铜 铁氧化物共修饰石墨相氮化碳磁性催化剂可应用于非均相类电-芬顿体系，具有良好的催化效 果，方便回收，克服了传统电-芬顿反应pH范围窄，容易产生铁泥，难以回收等缺点。

上述单质铜和铜铁氧化物共修饰石墨相氮化碳磁性催化剂的制备方法，包括以下步骤：