一种双氧水的制备方法

1.本发明涉及双氧水的制备方法，具体涉及一种在光照或黑暗条件下利用光催化剂催化制备双氧水的方法。


背景技术：

2.双氧水（h2o2）作为一种多功能的环保型氧化剂和还原剂，已广泛应用于消毒、污染物降解、纸浆漂白、有机合成等领域。h2o2易于储存、安全操作和运输的特性还使 h2o2成为燃料电池中 h2的有前途的替代能源载体。目前，用于 h2o2制备的工业蒽醌法面临着可持续性挑战，如高能耗、复杂的工业路线和有害的副产品等。与蒽醌法相比，光催化生产h2o2具有显著的可持续性和环境友好性。
3.太阳能作为绿色能源的代表因其无污染，储量丰富等优点被人们广泛关注，而光催化技术则可以有效利用太阳能。光催化技术将太阳能转化成化学能，从而有助于解决能源和环境问题，但现有的光催化技术仍面临着催化效率低，稳定性差等缺点，尤其是在黑暗无光条件下难以发挥作用。这一缺陷极大地制约了光催化技术的实际应用。因此，就双氧水制备而言，如何实现不仅在光照下合成双氧水，而且即使在黑暗条件下也能合成双氧水是对双氧水制备技术的新挑战。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种双氧水的制备方法，该方法既能够在光照条件下高效合成双氧水，也能在黑暗条件下合成双氧水，整个工艺操作简单，节能环保。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种双氧水的制备方法，包括如下步骤：步骤s1：将水、醇和光催化剂加入到容器中，所述水、醇和光催化剂的重量比为200-500:10-50：0.3-1，所述光催化剂为k掺杂边际氮空位氮化碳光催化剂；步骤s2：在光照下向所述容器通入含氧气体，即可生成双氧水；或者将所述容器排空氧后用光照射，照射完成后再黑暗条件下通入含氧气体，即可生成双氧水。
6.优选的，所述步骤s2中，所述光照为太阳光照射或利用的氙灯等太阳能模拟器照射。
7.优选的，通过向所述容器通入氮气等惰性气体或抽真空的方法排空容器中的氧。
8.优选的，所述步骤s1中，设置多个所述容器并按所述重量比加入所述水、乙醇和光催化剂，所述步骤s2中，将多个所述容器排空氧后用光照射，照射完成后在黑暗条件下按先后顺序依次向多个所述容器通入含氧气体，多个所述容器内则按所述先后顺序生产双氧水。
9.优选的，所述步骤s2中，将多个所述容器排空氧后用光照射0.5-4小时，照射完成后在黑暗条件下按先后顺序每隔一定时间，如1-4小时一次向多个所述容器通入含氧气体。
10.优选的，在所述步骤s1中，所述k掺杂边际氮空位氮化碳光催化剂通过如下步骤制
备：步骤s11：将碳氮源、钾盐与licl按重量比1:1-2:1-2混合，得到反应混合物，所述碳氮源为三聚氰胺、尿素、硫脲、双氰胺的一种或几种混合；步骤s12：将所述反应混合物在惰性气体和ccl4气体的混合气体中加热至450-600℃反应得到反应产物；步骤s13：将所述反应产物后处理得到所述k掺杂边际氮空位氮化碳光催化剂。
11.进一步的，所述步骤s11中，所述钾盐为kscn、kcl、kno3的一种或几种混合。
12.进一步的，所述步骤s12中，所述惰性气体和和ccl4气体的混合气体通过将氮气等惰性气体经液体ccl4鼓泡所得。
13.上述技术方案中，利用k掺杂边际氮空位氮化碳光催化剂，实现了氧气与水和醇来制备双氧水，该反应在光照条件下可以直接进行，或者在无氧气时预先经光照射后在黑暗条件下进行，这就为在夜间或其他黑暗条件下简洁合成双氧水创造了条件，从而可以在白天或有光条件下无氧照射反应体系后在夜间后其他黑暗条件下实现双氧水的制备，这就为光催化制备双氧水提供了更广阔的使用范围。本方法采用的氮化碳光催化剂采用三聚氰胺、尿素、硫脲、双氰胺等碳氮源与钾盐及licl在在惰性气体和四氯化碳气体的氛围下高温煅烧制备而成，具有k掺杂边际氮空位的氮化碳结构，该催化剂更容易生成光生电子-空穴并顺利实现转移，具有良好的光催化性能，还可以在光照下产生并储存高能电子留作黑暗使用的特点，为黑暗条件下制备双氧水提供了保证。
附图说明
14.图1为本发明实施例1中制备双氧水的性能图；图2为本发明实施例4中制备双氧水的性能图；图3为本发明实施例5-7制备双氧水的性能图；图4为本发明实施例4中反应体系颜色图；图5为本发明实施例4中反应体系紫外吸收光谱图；图6为本发明所用光催化剂的sem图。
具体实施方式
15.下面结合附图，对本发明做进一步说明：实施例1 在光照下制备双氧水实例1步骤s1：将50 mg k掺杂边际氮空位氮化碳光催化剂与45 g h2o和5 g 乙醇混合均匀后加入到光催化反应器内。
16.步骤s2：通过软管向反应体系中通入氧气，氧气流量为100 sccm，并接通冷却水，使反应器温度控制在15度，用300 w氙灯作为光源，对光反应器照射，有双氧水生成，每间隔15 min取1.5 ml反应液进行测量，测量h2o2溶度，结果如图1所示，从图1中可以看出，在上述反应体系内所用的光催化剂有很高的光催化活性，能够顺利产生双氧水。
17.实施例2 在光照下制备双氧水实例2步骤s1：将50 mg k掺杂边际氮空位氮化碳光催化剂与33 gh2o和1.6 g 甲醇混合均匀后加入到光催化反应器内。
18.步骤s2：通过软管向反应体系中通入氧气，氧气流量为200 sccm，并接通冷却水，使反应器温度控制在18度，用400w氙灯作为光源，对光反应器照射，有双氧水生成，每间隔15 min 取1.5 ml反应液进行测量，测量h2o2溶度，情况与实施例1类似。
19.实施例3 在光照下制备双氧水实例3步骤s1：将50 mg k掺杂边际氮空位氮化碳光催化剂与25g h2o和2.5 g丙醇混合均匀后加入到光催化反应器内。
20.步骤s2：通过软管向反应体系中通入氧气，氧气流量为150 sccm，并接通冷却水，使反应器温度控制在20度，用200 w氙灯（或太阳光）作为光源，对光反应器照射，有双氧水生成，每间隔15 min取1.5 ml反应液进行测量，测量h2o2溶度，情况与实施例1类似。
21.实施例4 在黑暗条件下制备双氧水实例1步骤s1：将50 mg k掺杂边际氮空位氮化碳光催化剂与45g h2o和4 g乙醇混合均匀后加入到光催化反应器内。
22.步骤s2：向光催化反应器内通n2排走空气后盖好密封盖，然后在太阳光下照射反应体系2 h，然后直接放入黑暗环境下并向反应体系中充入30 ml氧气进行反应，有双氧水生产，每分钟取1.5 ml反应液进行测量，测量h2o2浓度，结果如图2所示，从图2中可以看出，经过光照后，在上述反应体系内所用光催化剂在黑暗条件下仍然具有光催化活性，能够产生双氧水。
23.实施例5 在黑暗条件下制备双氧水实例2步骤s1：将50 mg k掺杂边际氮空位氮化碳光催化剂与40 g h2o和4 g乙醇混合均匀后加入到光催化反应器内。
24.步骤s2：向光催化反应器内通氩气排走空气后盖好密封盖，然后在太阳光下照射反应体系3 h，光照后放入黑暗环境下等待4小时后再向反应体系中充入20 ml氧气进行反应，发现有双氧水生产，每分钟取1.5 ml反应液进行测量，测量h2o2浓度。
[0025] 实施例6 在黑暗条件下制备双氧水实例3步骤s1：将50 mg k掺杂边际氮空位氮化碳光催化剂与25g h2o和2.5 g乙醇混合均匀后加入到光催化反应器内。
[0026]
步骤s2：向光催化反应器内通n2排走空气后盖好密封盖，然后在200 w氙灯下照射反应体系4 h，光照后放入黑暗环境下等待8小时后再向反应体系中充入40 ml氧气进行反应，发现有双氧水生产，每分钟取1.5 ml反应液进行测量，测量h2o2浓度。
[0027]
实施例7 在黑暗条件下制备双氧水实例4步骤s1：将50 mg k掺杂边际氮空位氮化碳光催化剂与25 g h2o和2.5 g乙醇混合均匀后加入到光催化反应器内。
[0028]
步骤s2：向光催化反应器内通n2排走空气后盖好密封盖，然后在200 w氙灯下照射反应体系4 h，光照后放入黑暗环境下等待12小时后再向反应体系中充入30ml氧气进行反应，有双氧水生产，每分钟取1.5 ml反应液进行测量，测量h2o2浓度。
[0029]
实施例5-7的测定结果如图3所示，均展示了在黑暗条件下制备的双氧水的浓度，这三组试验与实施例4相比，光照后再黑暗中等待的时间越短，光催化剂催化制取氧气的活性越高。
[0030]
图4为实施例4中反应体系颜色变化，其中图a为光照前的黄色，图b为排走氧后光
照后的绿色，图c为在黑暗条件下通入氧气反应完成后又变回黄色。图4说明光催化剂在光照后产生了高能电子，并可以催化反应体系快速产生双氧水。
[0031]
图5为实施例4中反应体系光照前、排走氧光照后1min、2min及在黑暗条件下加入氧气后10s的紫外吸收光谱图，由图6可见，光照后的反应体系相比于原始样品在400-1200nm 波长范围内发生了吸收（实际上是光催化剂的产生高能电子后的吸收），加入氧气反应后在相应区域不再具有光吸收性能（光催化剂的高能电子因为反应而消失）。
[0032]
实施例8 掺杂边际氮空位氮化碳光催化剂的制备上述实施例1-6所用的掺杂边际氮空位氮化碳光催化剂通过如下方法制备：步骤s11：将10 mmol三聚氰胺与10 mmol kscn和15 mmol licl研磨混合均匀后得到反应混合物，将反应混合物放入石英舟内，然后将石英舟放置在石英管中。
[0033]
步骤s12：将石英管放入管式炉中，然后在50 sccm n2/ccl4（n2通过鼓泡机从液体ccl4内鼓出从而带出ccl4气体）气氛520℃下加热10 h，得到反应产物。
[0034]
步骤s13：将石英舟内的反应产物研磨成粉后用去离子水洗去未反应完的kscn和licl，即可得到k掺杂和氮空位的氮化碳光催化剂。
[0035]
利用尿素、硫脲、双氰胺及kcl、kno3去相应替换三聚氰胺和kscn，也能得到类似性能的光催化剂。
[0036]
实施例8所得的光催化剂的sem图片如图6所示。
[0037]
本实施例只是对本发明构思和实现的说明，并非对其进行限制，在本发明构思下，未经实质变换的技术方案仍然在保护范围内。