[发明专利]一种石墨氮化碳轴向配位的酞菁铁复合材料的制备方法

说明书

本发明属于环保领域，具体涉及一种石墨氮化碳轴向配位的酞菁铁复合材料的制备方法，一种活性催化剂、石墨氮化碳轴向配位的酞菁铁复合材料的应用，以及一种污水处理方法。其中，石墨氮化碳轴向配位的酞菁铁复合材料的制备过程如下：按照1:(1‑30)的质量比准备酞菁铁和三聚氰胺作为原料，将二者球磨混合均匀；然后将混合物在惰性气体气氛保护下，以500‑600℃的温度高温热解4‑5h；热解完成后自然冷却至室温，得到的产物即为所需的石墨氮化碳轴向配位的酞菁铁复合材料。该材料可作为利用过氧化物进行有机污染物催化降解中的催化剂；本发明解决了现有酞菁铁催化剂在水环境中存在导电性差和易聚集的特点，因而不适宜用于有机污染物降解处理的问题。

技术领域

本发明属于环保领域，具体涉及一种石墨氮化碳轴向配位的酞菁铁复合材料的制备方法，一种活性催化剂、石墨氮化碳轴向配位的酞菁铁复合材料的应用，以及一种污水处理方法。

背景技术

酞菁铁是一种具有酞菁结构的材料，主要用于颜料、染料及印染工业。该材料在非均相催化领域也具有非常广泛的应用。然而，酞菁铁在水溶液中的导电性差且容易聚集，这些都影响到了材料的催化性能。此外，酞菁铁很容易被一些氧化剂或螯合酸脱金属，因此在处理具有氧化性的物质时，容易导致催化效果失效。

为了克服酞菁铁材料的上述缺陷，传统的策略是在材料中引入半导体材料。如掺杂碳基材料，或用吸电子基团对材料进行改性。但是上述改性方法并不能显著改善酞菁铁催化剂的催化活性。

除了上述策略之外，调整铁的配位环境能够改变酞菁铁的空间和电子结构，这将大大提高催化活性和中心铁的耐久性。然而，现有技术中还没有便捷可控、适用于大规模生产的调整酞菁铁中铁元素配位环境的方法。

发明内容

为了解决现有酞菁铁催化剂在水环境中存在导电性差和易聚集的特点，因而不适宜用于有机污染物降解处理的问题。本发明提供一种石墨氮化碳轴向配位的酞菁铁复合材料的制备方法。

本发明采用以下技术方案实现：

一种石墨氮化碳轴向配位的酞菁铁复合材料的制备方法，包括如下过程：按照1:(1-30)的质量比，准备酞菁铁和三聚氰胺作为原料，将二者球磨混合均匀；然后将混合物在惰性气体气氛保护下，以500-600℃的温度高温热解4-5h；热解完成后自然冷却至室温，得到的产物即为所需的石墨氮化碳轴向配位的酞菁铁复合材料。

作为本发明进一步地改进，高温热解过程在管式炉中完成，惰性气体气氛选择氮气或氦气。

作为本发明进一步地改进，原料的球磨混合过程杂球磨机中完成，球磨时间不低于1h。

作为本发明进一步地改进，煅烧产物冷却后，分别采用甲醇和去离子水洗涤并干燥，去除产物的杂质。

本发明还包括一种活性催化剂，活性催化剂为采用前述的石墨氮化碳轴向配位的酞菁铁复合材料的制备方法制备的产物。活性催化剂中，石墨氮化碳以轴向配位的形式连接到酞菁铁上；铁元素在活性催化剂中的价态为三价，活性催化剂中铁元素的含量为0.5-8.0wt％。

本发明还包括一种石墨氮化碳轴向配位的酞菁铁复合材料的应用，将石墨氮化碳轴向配位的酞菁铁复合材料作为利用过氧化物降解有机污染物过程中使用的活性催化剂。石墨氮化碳轴向配位的酞菁铁复合材料采用如前述的制备方法制备而成。

其中，可降解的有机污染物包括阴离子染料类，酚类，苯胺类污染物中的一种或任意多种。阴离子染料类物质包括甲基橙和橙黄G；酚类物质包括四氯苯酚、双酚A和对乙酰氨基苯酚；苯胺类物质包括磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑。

有机污染物降解过程采用的过氧化物为过硫酸盐和过氧有机酸中的一种或任意多种；其中，过氧有机酸包括过氧乙酸和过氧丙酸。

本发明还包括一种污水处理方法，该方法中的污水处理过程如下：