[发明专利]单分散金属M负载石墨相氮化碳材料M/g-C3N4H的制备方法及其应用

说明书

本发明属于纳米复合材料制备和应用领域，具体提供一种单分散金属M负载石墨相氮化碳材料M/g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;H的制备方法。金属为Ni、Co或Fe，制备方法包括以双氰胺为前驱体，先在一锅煅烧下负载金属M形成M‑氮配体，后在氢气气氛中进行还原。本发明的M/g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;H纳米材料金属原子分散性好，这进一步提高了其催化性能；使用少量的过硫酸氢钾作为助推剂在可使整个类芬顿体系的催化效率大大提升；本发明的制备方法简单，整个制备过程条件温和、易控制，是一种有效的能够提高氮化碳材料降解效率的方法；(4)本发明的合成原料成本低廉，不会产生二次污染，可重复利用，稳定性好，应用条件简单。

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备和应用领域，具体提供一种单分散金属M负载石墨相氮化碳材料M/g-C₃N₄H的制备方法及其应用。

背景技术

当今社会，人类活动的不断增加，使得环境资源不断变化，排放的污水的复杂性和难处理性不断增加，且废水对我们的生活环境所造成的影响日益严重。其中，高浓度难降解的有机废水给环境带来了很大的危害，在治理中依然存在很大的困难。目前对于染料废水的处理，采用传统的物理法、生物法和化学法等相关处理方法将难以达到要求，且常规的处理方法成本高、效果差、对材料设备要求高、有副产物生成、利用率低等缺点。

对清洁水的需求不断增长，刺激了水处理技术的创新，以修复顽固的有机污染物。涉及产生各种活性氧(ROS)的高级氧化过程在催化氧化水中持久性有机污染物方面提供了巨大的能力(Hodges B C,Cates E L,Jae-Hong K.Challenges and prospects ofadvanced oxidation water treatment processes using catalytic nanomaterials[J].Nature Nanotechnology,2018,13,8,642-650)。高级氧化技术((AOPs)是近年发展起来的备受人们关注的一种去除有机污染物的技术，高级氧化又称深度氧化。传统AOPs在水处理中的实际应用，主要基于硫酸自由基(SO₄^·-)或羟基自由基(OH^·-)的生成，受到去污选择性差的严重阻碍。因此，开发高效、可负担得起的水污染处理技术至关重要，其中旨在完全破坏有害污染物的先进氧化工艺(AOPs)是不可或缺的选择。过渡金属基材料已被证明是出色的非均相过硫酸盐活化剂，可解离O-O键以产生活性自由基，开发具有成本效益、环保和高性能的催化剂仍然是一个巨大的挑战(Gao Y,Zhu Y,Li T,et al.Unraveling theHigh-Activity Origin of Single-Atom Iron Catalysts for Organic PollutantOxidation via Peroxymonosulfate Activation[J].Environmental Science andTechnology,2021,55,12,8318-8328)。

发明内容

为了提高类芬顿反应体系中更高效降解有机污染物，本发明提供一种单分散金属M负载石墨相氮化碳材料M/g-C₃N₄H的制备方法，通过加氢处理，将过渡金属元素引入g-C₃N₄制备负载型催化剂，这种方法不仅增加了活性位的数量，过渡金属元素M与g-C₃N₄结构单元上的氮元素形成M-N₄(或M-N₃)配合结构，使得金属呈现高分散或者单原子分布状态，加氢处理过程改变了过渡金属元素原有的物理化学环境，高价金属的数量增加，进一步提高了金属的高分散性。其生产过程简单，适应性强。目前，以M/g-C₃N₄材料在类芬顿反应中如此高效率降解有机污染物的方法还未见报道。

为了实现上述目的，具体采用的技术方案为：