[发明专利]一种共价有机骨架/氮化碳复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种共价有机骨架/氮化碳复合材料的制备方法及其应用，首先以对苯二胺和三甲酰基间苯三酚为合成单体通过室温固相法合成共价有机骨架材料，然后将其和氮化碳在甲醇中混合、搅拌、烘干，后在惰性气体保护下热解获得目标产物。本发明的共价有机骨架/氮化碳复合材料比表面积大、氮掺杂量高、孔隙结构丰富，其通过构建新型类芬顿体系可高效去除水中有毒有机污染物，拓展了共价有机骨架材料在催化领域中新的应用；克服了金属纳米催化剂活化过程中不可避免的金属离子浸出；且制备方法具有工艺简单，易重复操作，结构可控，适宜大规模生产等优点。

技术领域

本发明涉及一种共价有机骨架/氮化碳复合材料的制备方法及其应用，属于非金属催化剂制备的技术领域。

背景技术

水中的有毒有机污染物来源广、危害大且难以通过水体的自净作用去除，其治理问题引起了广泛关注。高级氧化技术通过产生多种高活性自由基实现对有机污染物的深度氧化成为当前水体污染治理的研究热点。相比于传统的污水处理技术而言，高级氧化技术处理污染物更彻底，所需条件更温和。在各种高级氧化技术中，通过过渡金属纳米粒子活化强氧化剂产生多种高活性自由基的类芬顿氧化技术因其反应条件温和，设备简单和运行成本低等，在水体污染治理上凸显出明显的优势。然而，活化过程中不可避免的产生金属离子浸出一直是此类活化机制中的重大缺陷，限制了其在实际应用中的发展。所以，高活性非金属碳基催化剂受到了更多的重视。

近年来报道的非金属碳基催化剂大多分为非纳米碳材料(如活性炭、生物炭、活性炭布等)和纳米碳材料(如碳纳米管、石墨烯、有序介孔碳等)。因碳基材料表面结构中富含很多起催化作用的官能团，如羟基、羧基、酮基、吡啶、吡咯等，同时具有丰富多样的缺陷位，能共同协作表现出碳基材料的优良特性，而在催化领域得到广泛的应用。随着碳基材料深入研究发现，对碳基材料进行氮掺杂改性能有效的提高非金属碳基催化剂的催化活性。目前常采用原位法和后处理法来获得多样的氮掺杂非金属碳基材料，虽然氮掺杂非金属碳基材料能极大地提高对有机物的矿化率，但仍面临以下几个实际问题：氮掺杂非金属碳基材料中氮掺杂量较少导致活性位点较少、易受废水中其它杂离子的干扰、对中间产物矿化不彻底、催化剂的可重复利用性能差等。

近期，共价有机骨架材料作为一种新型的多孔碳基材料由于其独特的性能如刚性结构(二维或三维)、较低的密度、高的稳定性以及较大比表面积和空隙等备受关注，这些特点使其有望解决非金属催化剂活性低、稳定性差等缺陷。共价有机骨架材料的常用合成方法有溶剂热法、离子热法、微波加热法等。CN103755588A公开了一种新型共价有机骨架光催化剂及其制备方法，该发明以均苯三甲醛和2,5-二(N,N-二甲基)氨基-1,4-苯二酰肼为合成单体采用溶剂热法制得共价有机骨架材料，该方法合成时间长、反应难调控、不利于大规模合成；CN104927048A公开了一种酮烯胺连接共价有机骨架材料及其制备方法，该发明以三甲酰基均苯三酚和对苯二胺为合成单体采用微波辅助法制得共价有机骨架材料，该方法制备步骤繁琐、所需能耗高、生产成本较大限制了其实际应用。