[发明专利]一种非均相光催化剂g-C3

说明书

本发明公开了一种非均相光催化剂g‑C₃N₄@α‑FOD的制备方法及其降解有机污染物的应用，该催化剂采用难溶于水的α‑草酸亚铁二水合物(α‑FOD)作为载体、以质子化石墨相氮化碳(g‑C₃N₄)为附载材料，通过简单的“静电吸附沉淀法+溶剂热法”制得，α‑FOD中的大量羰基与g‑C₃N₄三嗪环之间的π‑π相互作用以及两种材料间的静电作用，促进其形成稳定的结构以及高效的电子转移，进而表现出较好的光催化活性，同时材料结构的稳定性也使得其表现出较优的循环重复利用性。通过构建g‑C₃N₄@α‑FOD非均相类芬顿反应体系，可以实现对医药、食品和印染等行业废水中的有机污染物的有效降解。

技术领域

本发明属于光催化复合材料技术和环境材料技术领域，具体涉及一种非均相光催化剂 g-C₃N₄@α-FOD的制备方法及其对有机污染物降解的应用。

背景技术

光催化技术是一种高效的污染物降解新兴技术，因其可借助太阳光的能量促进非自发反应的发生，具有反应条件温和、处理负荷量大以及处理污染物范围广等独特优势，近年来在环保领域引起了广泛关注。由于大部分光催化材料的有效作用波段很窄且波长较短，往往只能紫外光照射下发挥作用，这极大地遏制了光催化材料的应用。尤其在水处理方面，如何开发出一种有效作用波段宽且稳定性强的光催化材料是目前的研究热点。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种典型的二维共轭聚合物材料，具有优异的电子能带结构、富电子性质、表面官能化修饰、高理化稳定性、无毒以及原料丰富等特点，被广泛应用于可见光催化裂解水制氢、光催化降解污染物、传感、成像及能源转换等诸多领域。然而，g-C₃N₄的低比表面积、较窄的带隙和电子-空穴的高复合率大大地限制了其在催化领域的应用。目前，一些研究者尝试通过调整其微观形貌来增大其比表面积，然而更多的研究专注于通过引入金属/非金属元素或半导体来构建复合材料，以制备出同时满足高比表面积、电子空穴迁移快、吸收波长宽等条件的高效光催化复合材料。

金属有机骨架(MOFs)材料代表了一类杂合的有机—无机超分子材料，是通过有机桥联配体和无机的金属离子的结合构成的有序网络结构。独特的结构使其可以实现一些特殊的应用，包括气体的存储和分离、对污染物的吸附、催化降解以及药物缓释等。α-草酸亚铁二水合物 (α-FOD)作为一种一维铁基MOFs，在芬顿反应体系中具有良好的催化活性。在α-FOD的结构中，草酸盐基团起着四齿桥联配体的作用，并与亚铁阳离子连接建立无限的链排列。近年来，Zhao-JiaLiu等(Materials Letters,178(2016),83-86.)研究发现可见光驱动下α-FOD在不添加H₂O₂的情况下能有效降解罗丹明B(RhB)。在降解RhB反应体系中，存在着两种催化降解途径：一种是传统的光催化氧化，α-FOD中光生空穴的氧化电位足够大，可见光下足以将RhB溶液中的OH-氧化为·OH；另一种是光引发的芬顿氧化，水中的溶解氧和H⁺在导带处的光生电子引发下反应生成H₂O₂，进而形成了Fe²⁺/H₂O₂芬顿反应体系，在酸性条件下生成大量的·OH。两种途径生成的·OH与RhB发生有效的氧化降解反应。α-FOD的独特组成使其成为一种具有类芬顿效应的光催化剂。