[发明专利]改性石墨相碳化氮及其制备方法、处置溴代阻燃剂的方法

说明书

本发明公开了一种改性石墨相碳化氮及其制备方法、在可见光驱动下，催化处置溴代阻燃剂的方法。根据本发明的实施例，该改性石墨相碳化氮，为一维中空棒状结构；并且，该改性石墨相碳化氮上负载有贵金属。该改性石墨相碳化氮的长度为1.09～2.18μm、直径为240～430nm，壳厚为45～90nm。使用本发明实施例提供的改性石墨相碳化氮可见光催化降解溴代阻燃剂的速率大于负载同样贵金属的块状石墨相碳化氮和介孔石墨相碳化氮对溴代阻燃剂的可见光催化降解速率，可以解决现有技术中溴代阻燃剂处置困难的问题。

技术领域

本发明属于污染物处置技术领域，尤其是涉及一种改性石墨相碳化氮及其制备方法、在可见光驱动下催化处置溴代阻燃剂的方法。

背景技术

溴代阻燃剂因具有用量低，阻燃效果好、对材料物理性能影响小等特点，而被广泛应用。在产品的生产、应用和处置过程中，导致了溴代阻燃剂向土壤、水、沉积物等环境介质中的大量排放。同时也在鱼类、鸟类等生物甚至是人体中广泛检测到了溴代阻燃剂的存在(M.Wu,Y.Zhao.,et al.,Science of The Total Environment,2019,668,1200-1212；Garcia Lopez,M.,Driffield,M.,Chemosphere,2018,197,709-715.)。六溴环十二烷、多溴联苯醚中的BDE-47和BDE-209等广泛使用的溴代阻燃剂均被纳入到了斯德哥尔摩共约的持久性有机污染物中，它们具有持久性、难降解性、长距离迁移性、生物富集性和高毒性，对生态环境系统和人类健康存在潜在危害。此外，同样广泛使用的溴代阻燃剂四溴双酚A虽然不是持久性有机污染物，但也在2A类致癌物清单中。因此，对溴代阻燃剂的控制削减至关重要。采用何种物质对溴代阻燃剂进行处理以及如何处置溴代阻燃剂是亟待解决的问题。

微生物对溴代阻燃剂的转化半衰期高达数月。基于功能纳米材料催化降解溴代阻燃剂可以显著提高对溴代阻燃剂的处置效率。然而，已报道的零价纳米铁和硫代零价纳米铁等功能纳米材料对溴代阻燃剂的催化降解效率仍有待进一步改善(半衰期为8～24h)，降解产物也仍以存在潜在毒性的含溴大分子为主(D.Li.,X.F.,et al.,Article.WaterRes.,2017,121,140-149.)。基于功能纳米材料的可见光催化降解，由于节能、高效等特点，在清洁能源生产和污染物催化处置等领域已引起了广泛关注。石墨相碳化氮(g-C₃N₄)由于具有可见光响应、不含金属元素，成本低和化学稳定性高等优势，应用前景广泛。然而由于比表面积较低、光生电子和空穴复合速度快等缺点，导致其可见光催化活性较低。但是，在g-C₃N₄上负载Pd、Pt和Ph等贵金属被广泛证明可以显著增强光催化析氢，光催化还原CO₂制备甲醇等的性能。此外，对g-C₃N₄进行形貌改善将有助于进一步提高其光催化活性。特别是模拟参与自然光合作用的类囊体的中空结构，不仅可以优化光的捕获和分布，而且可以促进氧化和还原物种的分离，因此在光化学应用中显示出良好的前景(J.H.Sun.,J.S.Zhang.,et al.,J.Nature Communications,2012,3,1-4.)。另有研究表明，将不规则结构转化为一维结构的形态工程对提高太阳能的利用具有重要意义。Pihosh等人报道当在极薄的BiVO₄上复合高长径比的WO₃纳米棒时，光生电子和空穴的高效生成、分离和转移可以被同时实现，最终获得高达8.1％的太阳能向氢能的转化效率(Pihosh Y.,Turkevych I.,et al.,Sci Rep,2015,5:11141.)。然而，兼具一维棒状和中空结构的材料通常因为存在高曲率，表面涂层不易控制且残留应力较大等问题，设计和制备面临着挑战(L.Yu.,H.Hu.,etal.,Adv Mater,2017,29)。而目前也鲜有一维中空棒状石墨相碳化氮功能材料的制备及相关应用的报道。因此，制备出贵金属负载的、一维中空棒状结构的改性石墨相碳化氮，开发在可见光驱动下，高效催化处置溴代阻燃剂的方法具有重要意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题