[发明专利]氰基修饰氮化碳在苯酚光矿化领域的应用

说明书

本发明涉及苯酚光矿化技术领域，具体是一种氰基修饰氮化碳的制备方法及其在苯酚光矿化领域的应用，旨在解决采用非金属半导体光催化剂对苯酚进行光矿化的过程中苯酚易聚合的技术问题。采用如下技术方案：氰基修饰氮化碳在苯酚光矿化领域的应用，是将氰基修饰氮化碳作为苯酚光矿化过程的光催化剂，所述氰基修饰氮化碳是选取三聚硫氰酸作为氮化碳前驱体放入马弗炉焙烧制得的。

技术领域

本发明涉及苯酚光矿化技术领域，具体是一种氰基修饰氮化碳在苯酚光矿化领域的应用。

背景技术

苯酚是化学结构最简单的酚类物质，随着工业的快速发展，苯酚作为一种重要的化工原料，用途广泛，需求量与日俱增。苯酚可作为制备酚醛树脂、双酚A、卤代苯酚、水杨酸和乙氧基苯胺等的原料，诸多工业领域的废水中都含有苯酚。苯酚是有毒的，会影响微生物的正常行为，导致动植物生长发育异常，长时间接触苯酚会对人体产生过敏、红肿、呼吸系统异常等不良反应，工业废水排放之前苯酚的去除是非常有必要的。现有苯酚一般通过半导体材料光催化技术进行光矿化，其原理是在入射光的作用下，半导体材料光催化剂表面催化产生活性氧物种，实现有机污染物的降解和矿化。

半导体材料光催化剂主要包括金属氧化物半导体光催化剂和非金属半导体光催化剂。其中，大多数光催化条件稳定的金属氧化物半导体光催化剂仅在紫外光下具有活性，而紫外光仅占太阳光的5%，所以该过程对太阳光的利用率较低，且苯酚等大量有机污染物在紫外光下有较强的吸收，会发生直接的光解作用，受激发的苯酚之间会发生聚合，这些聚合产物难以降解，会附着在催化剂表面阻止催化剂进一步作用，使得苯酚光矿化的效率大大降低；非金属半导体光催化剂，主要为氮化碳光催化剂，是一种无毒性，原料丰富，化学性质稳定且可以利用可见光的光催化剂，其能够解决金属氧化物半导体光催化剂的太阳光利用率低的技术问题，但是苯酚在光降解的过程中的聚合现象仍然难以解决，光矿化效率较低。

发明内容

本发明旨在解决采用氮化碳作为苯酚光矿化过程中的光催化剂时光矿化效率较低的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种氰基修饰氮化碳在苯酚光矿化领域的应用，是将氰基修饰氮化碳作为苯酚光矿化过程的光催化剂，所述氰基修饰氮化碳是选取三聚硫氰酸作为氮化碳前驱体放入马弗炉焙烧制得的。其中，焙烧温度从20℃以2-10℃/min的升温速率加热到450-600℃，保持2-8h。

下面对苯酚在氰基修饰氮化碳上的吸附方式进行探究：

将氰基修饰氮化碳（CN-10.0）和普通氮化碳（CN-0）放置于苯酚溶液（100 毫克每升）中搅拌半个小时后过滤取出，然后60℃真空干燥以去除物理吸附的苯酚及水分子，以纯的催化剂为背景测其红外吸收光谱，得到的红外吸收峰就能体现苯酚与催化剂的相互作用。为了排除化学吸附水的影响，同样将催化剂在纯水溶液中搅拌半小时后取出，60℃真空干燥，以纯的催化剂为背景测其红外吸收光谱。

测得的红外吸收光谱如图1和2所示，分析可得苯酚酚羟基上的氢吸附在与氰基相连的N上，苯酚的苯环通过π-π相互作用被锚定在氮化碳的三嗪环结构上，即如图3所示。

本发明的有益效果是：

1）氰基修饰的氮化碳应用于苯酚光降解时，氮化碳催化剂表面的氰基基团，能够促进与氰基相连氮原子对酚羟基上氢原子的吸附，有利于苯酚在催化剂表面的吸附，从而提高苯酚光降解效率；

2）氰基修饰的氮化碳应用于苯酚光降解与光矿化时，氮化碳催化剂表面的氰基基团，能够抑制原位生成的过氧化氢到羟基自由基的分解，从而减少苯酚被羟基自由基激发之后发生的聚合现象，提高苯酚光矿化的效率；

3）通过焙烧三聚硫氰酸的方法制备的氰基修饰氮化碳，相比于其他引入氰基的方法，能够保持氮化碳完整的三嗪环结构，从而在应用于苯酚光矿化时，保持三嗪环与苯酚苯环之间的π-π相互作用，提高催化剂表面对苯酚的吸附与锚定作用，进一步有利于苯酚的光降解和光矿化。