[发明专利]氰胺镁复合物及其制备方法与作为类芬顿催化材料的应用

说明书

本发明公开了一种氰胺镁复合物及其制备方法与作为类芬顿催化材料的应用，属于催化材料领域。制备方法为将三聚氰胺、硫脲和尿素中的至少一种与氧化镁、氢氧化镁、碱式碳酸镁、乙醇镁和碳酸镁中的至少一种充分混匀，在400℃‑650℃条件下煅烧1h‑3h，冷却后即得到氰胺镁复合物。本发明所制备的催化材料不含过渡金属元素，原料廉价易得，制备工艺简单，且易于工业化生产。氰胺镁或含有氰胺镁的复合物作为类芬顿反应催化材料的应用用于多种有机污染物的类芬顿氧化降解，可以在较宽的pH范围内使用，不需要前期的酸化处理和光、电、超声波等外部能量激发。

技术领域

本发明涉及催化材料制备和应用领域，更具体地，涉及一种氰胺镁复合物及其制备方法与作为类芬顿催化材料的应用。

背景技术

在当前的有机污染物的处理方法中，(类)芬顿(Fenton)反应是一种很高效的方法。传统芬顿试剂是指由过氧化氢和亚铁离子组成的体系，通过芬顿反应能产生大量的羟基自由基，由于它具有很强的氧化性，故可以快速降解各种有机物污染物。然而，在实际使用过程中，传统芬顿反应有两个主要缺点：其一是适用范围窄，仅在酸性pH(2～4)的溶液中有效，需要在反应前酸化处理；其二是使用后会产生铁泥的二次污染。因此，基于传统芬顿反应的弊端，它的实际应用受到很大的限制。为了克服上述这些问题，很多类芬顿催化剂被研发出来替代传统芬顿试剂，如过渡金属、金属氧化物和复合物。

例如，专利号为CN108212192A，专利名称为《一种光-芬顿催化剂及其制备方法》的发明专利公布了一种光芬顿催化剂g-C₃N₄/α-Fe₂O₃，可以高效地降解甲基橙染料；专利号为CN103285862A专利名称为《一种微米级类芬顿催化剂及其制备方法和应用》公开了一种类芬顿催化剂黄铜矿CuFeO₂，可以降解多种有机污染物。然而，这些类芬顿催化剂依旧存在一些缺点：(1)处理后的废水中可能会残留一些有害的金属离子，如Fe^2+/3+，Cu²⁺和Ni²⁺等，导致二次污染；(2)对于光/电/声类芬顿反应，使用过程中需要外部能量(光、电或超声)激发，消耗了大量的能源，同时也会对应用场所有限制。这些缺点都会极大地限制该类芬顿催化剂的工业应用；(3)某些催化剂的制备工艺复杂，生产成本高，而且催化降解效率较低。因此，开发出一种制备工艺简单、pH适用范围广、使用过程中不需外部能量激发、不产生有毒金属离子和铁泥污染的新型类芬顿催化剂有重大意义。(4)本申请课题组成员在Journal ofMaterials Chemistry A,2018,6,16421中发表的的研究产物g-C₃N₄/MgO也能催化降解有机污染物，但是其是由三聚氰胺煅烧制得的g-C₃N₄与碱式碳酸镁再次煅烧制得，且催化降解性能不强，而且采用两步法煅烧，能源消耗大。(5)传统的氰胺盐的制备工艺是将金属盐与氰胺在水或有机溶剂体系中反应生成沉淀，在离心、洗涤、干燥等工艺较为复杂，且会产生大量的废水或废溶剂造成金属离子与有机试剂的流失，对环境造成污染。

发明内容

本发明解决了现有技术中类芬顿催化材料制备工艺复杂，pH适用范围窄，使用过程中需要外部能量激发，且产生有毒金属离子和铁泥污染的技术问题。本发明提供的类芬顿反应催化材料具有制备工艺简单、应用pH范围广、不含有毒金属离子、不产生铁泥二次污染等优点。

根据本发明的第一方面，提供了一种氰胺镁复合物的制备方法，将三聚氰胺、硫脲和尿素中的至少一种与氧化镁、氢氧化镁、碱式碳酸镁、乙醇镁和碳酸镁中的至少一种充分混匀，在400℃-650℃条件下煅烧1h-3h，冷却后即得到氰胺镁复合物；所述三聚氰胺、硫脲和尿素中的至少一种的质量与氧化镁、氢氧化镁、碱式碳酸镁、乙醇镁和碳酸镁中的至少一种的质量之比为1：(0.05-4)。

优选地，所述三聚氰胺、硫脲和尿素中的至少一种的质量与氧化镁、氢氧化镁、碱式碳酸镁、乙醇镁和碳酸镁中的至少一种的质量之比为1：(0.25-1)。