一种超高活性非金属掺杂耦合缺陷氮化碳纳米压电催化材料的制备方法及应用

【】本发明属于污水处理，涉及一种超高活性非金属掺杂耦合缺陷氮化碳纳米压电催化材料的制备方法及压电催化降解抗生素的应用。

背景技术

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背景技术：

1、抗生素类药物使用范围广、用量较大，导致其在自然水环境中出现的概率较大。诸多国内外的研究报道指出，自然水环境中已经检测出多种抗生素，包括海洋、河流、湖泊和地下水等自然水体；抗生素废水具有色度高、含多种难降解及生物毒性物质，是一种高浓度有机废水，因此迫切需要一种在进入净化水厂之前能除去水体中抗生素的方法。目前已探索研究了包括膜分离、吸附、生物降解和高级氧化等技术来去除环境中的抗生素，如专利202010655115.x公开了一种可降解抗生素的光催化剂及其制备方法与应用，提供了硫掺杂的铁基金属有机骨架材料及其吸附水体中抗生素的方法，通过将硫掺杂的铁基金属有机骨架材料与盐酸四环素废水混合进行搅拌吸附，再在模拟日光下进行光催化降解，能够高效吸附并光催化降解废水中的抗生素。但是必须需要可见光于其协同才能发挥作用，在暗环境下难以进行。我国常规净水工艺多在暗环境下进行，总体工艺流程较为简单、设备不易改进，如何在暗环境、无化学添加的条件下，强化水中抗生素的降解是目前研究的前沿方向。压电催化法是近几年新兴的一种水质净化方法，其因具有无化学添加、可暗室内操作和反应迅速等优点，受到了研究人员的青睐。如专利202111055062.9公开了一种用于压电催化降解水中微量有机污染物的钛酸钡纳米材料及其制备方法,发明制备的钛酸钡纳米材料，可通过吸收环境能量加强电子、空穴对的分离，从而对微量有机污染物的降解过程起到催化作用；在室温下，可高效降解抗生素等微量有机污染物；可稳定循环使用等。

2、耦合氮化碳材料是一种新型的二维材料，由碳和氮元素组成。它具有类似于石墨烯的层状结构，其中碳和氮原子以脉冲状或交叉排列的方式形成了网络结构。耦合氮化碳材料具有许多优异的性质，包括高导电性、优良的机械强度、优异的光学性能以及可调控的带隙性质。这些特性使得耦合氮化碳材料在能源储存、催化剂、传感器、电子器件等领域具有广泛的应用前景。同时，它也被认为是一种环境友好且可持续发展的材料候选者。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、[要解决的技术问题]

2、为了解决净化水厂中缺乏有效手段去除自来水中抗生素的技术问题，而提供一种超高活性非金属掺杂耦合缺陷氮化碳纳米压电催化材料的制备方法及应用。本发明的超高活性非金属掺杂耦合缺陷氮化碳纳米压电催化材料制备简单、使用简便、对环境无公害，且易于回收，具有很好的稳定性。

3、[技术方案]

4、一种超高活性非金属掺杂耦合缺陷氮化碳纳米压电催化材料降解有机污染物的应用，包括如下步骤：

5、(1)称取1-10g的碳化氮前驱体充分研磨后，引入有覆盖的石英坩埚中，用马弗炉在200℃-800℃下煅烧1-8h，爬坡速率为1-20℃/min-1，获得碳氮化合物；

6、(2)收集碳氮化合物前体，超声10-200min，然后用超纯水和乙醇洗涤数次，在10℃-150℃条件下干燥1-20小时得到改性碳氮化合物样品；

7、(3)将1-10g改性碳氮化合物样品和1-10g非金属材料研磨混合，然后用马弗炉中在200℃-800℃下煅烧1-8h，爬坡速率为1-20℃/min-1，获得非金属掺杂耦合缺陷氮化碳纳米材料。

8、(4)称取质量为1-500mg的改性耦合氮化碳化合物样品粉末，加入到体积为1-500ml的污染物水样中；

9、(5)用功率为20-1000hz的超声激发压电催化反应0.01-5h，过滤后，测定目标污染物的浓度；

10、2.所述的耦合氮化碳为碳纤维、碳黑、石墨烯、碳纳米管、碳量子点、石墨炔和碳氮化合物中的一种或者两种以上混合。

11、3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于步骤3所述非金属材料为硅酸、硅酸盐、铝酸、铝酸盐、硼酸、硼酸盐、磷酸、磷酸盐中的一种或者两种以上混合。

12、本发明的有益效果：本发明通过将压电性耦合缺陷氮化碳和非金属材料进行有效复合，能够在超声作用下实现简谐振动，产生压电力，促进活性自由基的产生，对能量利用率高，具有显著的压电效果；本发明制备的超高活性非金属掺杂耦合氮化碳纳米压电催化材料能够在常温下压电催化降解污水中的抗生素类污染物，对部分抗生素的降解效果性能显著。

技术特征：

1.一种超高活性非金属掺杂耦合缺陷氮化碳纳米压电催化材料在降解水中有机污染物的应用，其特征在于非金属压电材料掺杂耦合缺陷氮化碳的制备以及压电催化降解水中有机污染物，包括以下步骤：

2.所述的氮化碳为碳纤维、碳黑、石墨烯、碳纳米管、碳量子点、石墨炔和碳氮化合物中的一种或者两种以上混合。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于步骤3所述非金属材料为硅酸、硅酸盐、铝酸、铝酸盐、硼酸、硼酸盐、磷酸、磷酸盐中的一种或者两种以上混合。

技术总结
本发明涉及了一种超高活性非金属掺杂耦合缺陷氮化碳纳米压电催化材料的制备方法及应用，具有超高的压电催化活性，属于新型功能材料制备及应用技术领域。本发明以非金属材料原位调控耦合缺陷氮化碳纳米材料的生长，首先制备耦合缺陷氮化碳材料，进一步通过非金属掺杂，得到具有特殊形貌的非金属掺杂耦合氮化碳纳米压电催化材料，用于压电催化降解去除水中的污染物。本发明的优点在于：(1)合成过程更简单、更容易工业化放大生产；(2)改性耦合氮化碳压电催化材料的压电催化活性更高，能够绿色高效降解污染物；(3)操作简单、反应条件温和，能够满足实际工程应用的需要。(4)本发明原材料易得，制备方法过程简单、操作方便，能够在超声作用下降解水中有机污染物，为水环境污染提供了一种节能、高效的可行策略。

技术研发人员：庞博,孟凡庆,王英龙,陈夏夏,朱兆友,尹淑丽,崔培哲
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15