[发明专利]铈钴氧化物修饰结晶石墨相氮化碳催化剂的一步合成法及应用

说明书

本发明属于光催化与无机合成领域，公开了铈钴氧化物修饰结晶石墨相氮化碳催化剂的一步合成法及应用。本发明烧杯和漏斗隔开合成铈钴氧化物和结晶石墨相氮化碳的原料，使两种材料的不同的最佳合成环境却相近的热处理条件有机地结合在一起，仅需调节合成温度，即可实现表面形貌的调控，简化了合成步骤和设备要求。所制备的催化剂能够实现3分钟内即可将浓度为1.2mg/L的苯胺污水降解至0，达到GB 4287‑2012中所述的苯胺类有机物“不得检出”的排放标准。

技术领域

本发明属于光催化与无机合成领域，特别涉及铈钴氧化物修饰结晶石墨相氮化碳催化剂的一步合成法及应用。

背景技术

以二氧化铈(CeO₂)掺杂四氧化三钴(Co₃O₄)为代表的铈钴氧化物催化剂因具有显著的颗粒尺寸效应、可控的氧迁移率(通过形貌调节)、合适的孔径分布等，在光降解有机废水的研究上取得大量成果，但量子效率和降解效率偏低，限制了铈钴氧化物的进一步推广应用。结晶石墨相氮化碳(crystalline graphitic carbon nitride)则是结晶度大幅提高的石墨相氮化碳材料，其结构中的异构体种类单一，其光催化活性较普通的石墨相氮化碳材料更高，是氮化碳材料推广应用最关键的材料。利用铈钴氧化物修饰结晶石墨相氮化碳，应该能够提高结晶石墨相氮化碳对有机污染物的吸附和活化，进一步提高催化剂降解有机污染物的性能。

但是，各种材料合成所需的环境不同，铈钴氧化物的合成需要超高温度(1000℃以上)和强氧化环境，而结晶石墨相氮化碳则需要惰性气氛下的熔盐中才能结晶。若将两种材料所需的原料混合，则会相互干扰，无法合成合适晶相的复合材料。目前仍采用多步合成方法，如先利用熔盐法合成结晶石墨相氮化碳，后利用水热法将铈钴氧化物负载在结晶石墨相氮化碳上或燃烧法合成铈钴氧化物后再粘合在结晶石墨相氮化碳上，需要经过多次热处理、洗涤、干燥、分离等步骤，工艺复杂，需要多种设备，成本高昂，而且多步反应造成催化剂的控制因素过多，导致无法实现有效的形貌控制。因此需开发一种该类复合催化剂材料的便捷合成方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种铈钴氧化物修饰结晶石墨相氮化碳催化剂的一步合成法，该方法巧妙地将铈钴氧化物和结晶石墨相氮化碳的合成过程有机地结合在一起，仅需一步热处理即可完成铈钴氧化物和结晶石墨相氮化碳的复合。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的铈钴氧化物修饰结晶石墨相氮化碳催化剂，该催化剂能够实现5分钟内即可将浓度为1.2mg/L的苯胺污水降解至0mg/L，达到GB4287-2012中所述的苯胺类有机物“不得检出”的排放标准。

本发明再一目的在于提供上述铈钴氧化物修饰结晶石墨相氮化碳催化剂在苯胺废水中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

铈钴氧化物修饰结晶石墨相氮化碳催化剂的一步合成法，包括以下步骤：

将具有漏斗功能的耐高温器具(如漏斗)搭载在耐高温的广口容器(如烧杯)上，将具有漏斗功能的耐高温器具的漏斗颈用熔盐压实，在具有漏斗功能的耐高温器具的漏斗内加入混合均匀的双氰胺或三聚氰胺与熔盐的混合物，在耐高温的广口容器中加入混合均匀的硝酸铈、硝酸钴和甘氨酸的粉末混合物，然后对整个装置进行热处理，即得到铈钴氧化物修饰结晶石墨相氮化碳催化剂。

所述的将具有漏斗功能的耐高温器具的漏斗颈用熔盐压实可以防止漏斗内双氰胺或三聚氰胺与熔盐的混合物掉落到烧杯中。

所述的熔盐均为LiCl/KCl熔盐，LiCl和KCl的质量比为45:55，其中LiCl使用前优选在500℃下煅烧2小时，KCl使用前优选在200℃下煅烧2小时，然后即刻称重研磨；

所述的双氰胺或三聚氰胺与熔盐的混合物中双氰胺或三聚氰胺与熔盐的质量比为1:6～24；优选为1:10；