一种盐模板限域氮掺杂碳膜及其制备方法和应用

本发明涉及水处理，尤其涉及一种盐模板限域氮掺杂碳膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在水体污染物中，以抗生素、挥发性有机污染物(vocs)为代表的各类有机污染物已成为当前的研究热点。针对上述问题，pms作为一种新型的催化材料，因其可拓宽活性物种生成路径、强化污染物去除效果，有望成为未来净水处理的重要方向。虽然pms实现了很高的催化降解速率，但通常伴随着低矿化(通常为15-25％)。为了解决这一问题，各种pms的活化方法被采用，包括杂原子掺杂(如n和s)、紫外线活化、微波活化、热活化和光活化。其中，光诱导pms活化具有明显的优势，可以有效地增强电子传递，抑制光生载流子重组。然而，如何引导活性氧(ros)向深度氧化方向发展，从而解决有限矿化和缓慢降解的难题，对催化剂的精确设计和催化体系的构建提出了巨大的挑战，具有科学意义和应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供盐模板限域氮掺杂碳膜及其制备方法和应用，克服现有技术中存在的缺陷。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种盐模板限域氮掺杂碳膜的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)在真空条件下，将咪唑悬浮液和钾盐溶液混合，得到沉淀物；

5、(2)将沉淀物和盐酸溶液混合后进行干燥，得到光催化材料；

6、(3)将三聚氰胺海绵、乙醇和氯化钠溶液混合后顺次进行重结晶和碳化，得到碳化盐封三聚氰胺海绵；

7、(4)在碳化盐封三聚氰胺海绵表面顺次涂覆聚乙烯醇溶液和光催化材料分散液，即得所述盐模板限域氮掺杂碳膜。

8、作为优选，所述步骤(1)中咪唑悬浮液包含咪唑、壳聚糖、3,4,9,10-苝四甲酸二酐、乙醇和盐酸溶液；

9、所述咪唑、壳聚糖、3,4,9,10-苝四甲酸二酐、乙醇和盐酸溶液的质量体积比为15～25g：1～2g：1～3g：150～250ml：50～150ml；

10、所述盐酸溶液的浓度为9～12mol/l；

11、作为优选，步骤(1)中钾盐溶液包含koh、kcl和水；

12、所述koh、kcl和水的质量体积比为55～65g：43～55g：550～650ml；

13、所述咪唑和koh的质量比为15～25：55～65。

14、作为优选，所述步骤(2)中盐酸溶液的质量分数为5～15％；

15、所述步骤(2)中盐酸溶液和咪唑的体积质量比为150～250ml：15～25g；

16、所述步骤(2)中干燥的真空度为0.03～0.07mpa，所述干燥的温度为-40～-60℃，所述干燥的时间为3～7天。

17、作为优选，所述步骤(3)中三聚氰胺海绵与乙醇的体积比为0.8～2.0cm3：14～20ml。

18、作为优选，所述步骤(3)中重结晶的时间为3～7min；

19、所述碳化的温度为350～400℃，所述碳化的升温时间为25～35min，所述碳化的保持时间为15～25min。

20、作为优选，所述步骤(4)中聚乙烯醇溶液的质量分数为5～15％；

21、所述步骤(4)中光催化材料分散液包含乙醇、水和步骤(2)中的光催化材料；

22、所述乙醇、水和步骤(2)中的光催化材料的体积质量比为0.2～1ml：0.2～1ml：3～7mg。

23、作为优选，所述步骤(4)中光催化材料分散液和碳化盐封三聚氰胺海绵的体积面积比为0.5～1.5ml：3～5cm2。

24、本发明提供了所述制备方法得到的盐模板限域氮掺杂碳膜。

25、本发明还提供了所述的盐模板限域氮掺杂碳膜在处理废水有机污染物中的应用。

26、本发明具有以下有益效果：

27、(1)本发明将咪唑悬浮液与钾盐溶液混合沉淀后再与盐酸溶液混合，可以得到一种光催化材料，将聚乙烯醇溶液和光催化材料分散液涂覆于碳化盐封三聚氰胺海绵表面，由于基底在使用前浸泡了交联剂，光催化材料(pdi@cts)通过hc＝n-易于均匀地分散在富n载体上，膜上大量锚定的氮，使制备的复合膜性质稳定，可回收重复利用。

28、(2)本发明的盐模版限域氮掺杂碳膜以三聚氰胺海绵为基底，解决了传统粉末状光催化剂难以回收、易造成二次污染的问题。

29、(3)本发明的盐模版限域氮掺杂碳膜的亲水性催化剂层由pms与光催化材料(pdi@cts)之间形成杂化，可以加速pms的活化，实现100％矿化。

技术特征：

1.一种盐模板限域氮掺杂碳膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中咪唑悬浮液包含咪唑、壳聚糖、3,4,9,10-苝四甲酸二酐、乙醇和盐酸溶液；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中钾盐溶液包含koh、kcl和水；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中盐酸溶液的质量分数为5～15％；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中三聚氰胺海绵与乙醇的体积比为0.8～2.0cm3：14～20ml。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中重结晶的时间为3～7min；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中聚乙烯醇溶液的质量分数为5～15％；

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中光催化材料分散液和碳化盐封三聚氰胺海绵的体积面积比为0.5～1.5ml：3～5cm2。

9.权利要求1～8任一项所述制备方法得到的盐模板限域氮掺杂碳膜。

10.权利要求9所述的盐模板限域氮掺杂碳膜在处理废水有机污染物中的应用。

技术总结
本发明属于水处理技术领域，提供了一种盐模板限域氮掺杂碳膜及其制备方法和应用，包括以下步骤：将咪唑悬浮液和钾盐溶液混合沉淀后再与盐酸溶液混合，得到一种光催化材料；以三聚氰胺海绵为基底进行盐封碳化，然后将聚乙烯醇溶液和光催化材料分散液顺次涂覆在碳化盐封三聚氰胺海绵表面，即得盐模板限域氮掺杂碳膜。本发明的盐模版限域氮掺杂碳膜解决了传统粉末状光催化剂难以回收、易造成二次污染的问题，性质稳定，对苯酚的降解率可达到0.071min<supgt;‑1</supgt;以上，在充足供氧条件下，30分钟内对地下水中苯酚的降解率可达到99.3％以上，对雨水中苯酚的降解率可达到97％以上，实现100％矿化。

技术研发人员：王艺霏,杜妍,王豪,尚雅鑫
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27