一种PVP掺杂诱导高结晶氮化碳的制备方法和应用

本发明属于光类芬顿，具体涉及一种pvp掺杂诱导高结晶氮化碳的制备方法和应用。

背景技术：

1、随着工业的发展，废水的排放量逐年增加。废水中含有多种高毒抑制性有机污染物，给人体健康和生态系统造成巨大安全隐患。基于非金属半导体材料的过一硫酸盐光类芬顿技术氧化能力强、ph适用范围广已被广泛应用于有机废水处理。其中，由于氮化碳的路易斯酸氮位点能够吸附并延长过一硫酸盐的o-o键，从而快速提升过一硫酸盐活化效率，基于氮化碳的过一硫酸盐光类芬顿备受关注。过一硫酸盐的活化方式主要有两种：自由基活化和非自由基活化。非自由基活化抗水基质干扰能力强，在选择性去除废水中有机污染物方面有显著优势。然而，过一硫酸盐非自由基活化时往往伴随着自由基活化，会产生强氧化性so4·-和·oh，导致基于过一硫酸盐的光类芬顿体系极易成为自由基主导的氧化体系。因此，亟需开发可靶向构建选择性去除有机污染物的非自由基氧化体系方法。

2、表面介导的电子传输被认为是一种有效的非自由基反应。研究表明，表面介导电子传递路径比例的增加会提高污染物的去除效率。以往的研究表明，过一硫酸盐吸附与表面介导的电子传递之间存在密切联系，而结晶度与吸附能密切相关。因此，提高氮化碳结晶度有助于开发表面介导电子传递主导的选择性光类芬顿体系。然而，传统热聚合法、固相化学法、电化学沉积法、溶剂热法等制备的氮化碳普遍存在结晶性低的问题。

3、近年来，有科研工作者采用nacl，licl/kcl或nano3/kno3熔融盐和含碳/氮前驱体(尿素、三聚氰胺、硫脲、二氰二胺)共混高温煅烧方法来提高氮化碳的结晶度(appl.catal.b:environ.2024,342,123340，cn116920906a，cn113318765b，cn110124719a，cn115254164a,cn116605850a，cn116920906a)，但该法存在操作繁琐和二次污染的问题。也有科研工作者采用b、p等非金属掺杂，选择性破坏氮化碳骨架内由nh/nh2形成的氢键，进而提高氮化碳的结晶度(acs.appl.mater.interf.2019,11,17341-17349)。但外加非金属易破环氮化碳原本单体结构，从而改变氮化碳性质。

4、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)含有丰富的碳基官能团，在制备氮化碳的过程中原位掺杂引入pvp可实现在不引入额外元素破坏氮化碳结构的同时，简便、环境友好的制备高结晶度氮化碳。目前，虽然有利用pvp掺杂氮化碳的研究，但其是利用pvp的分散特性调控三聚氰胺为前驱体的氮化碳负载铬氧化物的形貌，从而提升催化剂的脱硝性能(cn111229278a)。

5、目前，高结晶氮化碳制备方法存在的操作繁琐、二次污染和破环结构的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种pvp掺杂诱导高结晶氮化碳制备方法，在不引入额外元素破坏氮化碳结构的同时操作简便、环境友好，构建表面介导电子传输主导的过一硫酸盐光类芬顿体系，高效选择性去除复杂废水中的有机污染物。

2、本发明的目的通过如下技术方案实现：

3、一种pvp掺杂诱导高结晶氮化碳的制备方法，将尿素450～650℃高温煅烧2～6h得到氮化碳，将氮化碳与pvp至于乙醇中充分分散干燥后300～500℃高温煅烧1～5h得到高结晶氮化碳。

4、作为本发明更优的技术方案，所述的pvp与氮化碳的质量比为0.005:100-0.05:100。

5、作为本发明更优的技术方案，所述的pvp与氮化碳的质量比为0.03:100。

6、作为本发明更优的技术方案，尿素高温煅烧温度为550℃，时间为4h。

7、作为本发明更优的技术方案，氮化碳与pvp高温煅烧温度为400℃，时间为3h。

8、本发明还有一个目的是提供所述的高结晶氮化碳在光类芬顿选择性去除水中有机污染物中的应用。所述的有机污染物为盐酸四环素、4-氯苯酚、双酚a、阿特拉津、磺胺甲噁唑和卡马西平中的一种或多种。

9、本发明还有一个目的是提供所述的高结晶氮化碳在光类芬顿去除水中盐酸盐四环素中的应用，高结晶氮化碳投加量为0.1～0.4g/l。

10、本发明还有一个目的是提供所述的高结晶氮化碳在光类芬顿循环去除水中有机污染物中的应用,高结晶氮化碳投加量为0.1～0.4g/l。

11、本发明还有一个目的是提供所述的高结晶氮化碳在光类芬顿循环去除水中盐酸盐四环素中的应用,高结晶氮化碳投加量为0.1～0.4g/l。

12、有益效果如下：

13、本发明提供的制备方法操作简便、环境友好、重复性好，利用pvp调控氮化碳氢键提升结晶度，原材料仅为含碳pvp和尿素，即在不引入额外元素的情况下煅烧选择性破坏氮化碳氢键，制备出高结晶氮化碳；可量产，为后续规模化制备高效处理复杂有机废水的光类芬顿材料提供方法支撑；所制备得到的诱导高结晶氮化碳可以从复杂废水中选择性去除强亲水性污染物，对阴离子(so42-、no3-和cl-等)和水基质(自来水和二级出水等)均有良好的抗干扰性能。

技术特征：

1.一种pvp掺杂诱导高结晶氮化碳的制备方法，其特别在于：将尿素450～650℃高温煅烧2～6h得到氮化碳，将氮化碳与pvp至于乙醇中充分分散，干燥后300～500℃高温煅烧1～5h得到高结晶氮化碳。

2.根据权利要求1所述的pvp掺杂诱导高结晶氮化碳的制备方法，其特别在于：所述的pvp与氮化碳的质量比为0.005:100-0.05:100。

3.根据权利要求1所述的pvp掺杂诱导高结晶氮化碳的制备方法，其特别在于：所述的pvp与氮化碳的质量比为0.03:100。

4.根据权利要求1所述的pvp掺杂诱导高结晶氮化碳的制备方法，其特别在于：所述的尿素高温煅烧温度为550℃，煅烧时间为4h。

5.根据权利要求1所述的pvp掺杂诱导高结晶氮化碳的制备方法，其特别在于：所述的氮化碳与pvp高温煅烧温度为400℃，煅烧时间为3h。

6.权利要求1所述的制备方法制备得到的pvp掺杂诱导高结晶氮化碳在光类芬顿选择性去除水中有机污染物中的应用。

7.权利要求1所述的制备方法制备得到的pvp掺杂诱导高结晶氮化碳在光类芬顿循环去除水中有机污染物中的应用。

8.根据权利要求6或7所述的应用，其特征在于：所述的有机污染物包含盐酸四环素、4-氯苯酚、双酚a、阿特拉津、磺胺甲噁唑和卡马西平中的一种或多种。

9.根据权利要求6至8任意一项所述的应用，其特征在于：所述的高结晶氮化碳投加量为0.1～0.4g/l。

技术总结
本发明提供一种PVP掺杂诱导高结晶氮化碳的制备方法，将尿素450～650℃高温煅烧2～6h得到氮化碳，将氮化碳与PVP至于乙醇中充分分散干燥后300‑500℃高温煅烧1～5h得到高结晶氮化碳，在不引入额外元素的情况下煅烧选择性破坏氮化碳氢键，制备出高结晶氮化碳可作为高效处理复杂有机废水的光类芬顿材料，为后续规模化提供方法支撑，PVP掺杂诱导高结晶氮化碳可以从复杂废水中选择性去除强亲水性污染物，对阴离子和水基质均有良好的抗干扰性能。

技术研发人员：姜晶晶,董双石,刘盛达,张雅楠,赵博文
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16