[发明专利]CuO@氮掺杂碳复合催化材料在光热催化产非自由基中的应用

说明书

本发明涉及一种CuO@氮掺杂碳复合催化材料在光热催化产非自由基中的应用。本发明将具有三维网络结构的纳米CuO@氮掺杂碳复合催化材料用作光热催化剂，发生光热催化的同时会产生大量的非自由基，尤其适用于复杂水环境中污染物的降解。对双酚类有机污染物废水具有良好的去除效果；能够抵御实际水体中的无机阴离子的影响，减少降解副产物的产生，更加适用于实际废水的处理；光热催化降解实现对太阳能的高效、清洁利用。

技术领域

本发明涉及CuO@氮掺杂碳复合催化材料在光热催化产非自由基中的应用，属于化学及环境技术领域。

背景技术

随着工业化的快速发展，环境污染问题日益严重。太阳能是最大的可开发资源，合理使用太阳能资源解决环境污染问题，将会减少人们对化石能源的开发，具有很高的理论价值和现实意义。近年来，利用光催化氧化技术去除水、大气、土壤环境中的有机污染物，已成为一种被广大研究学者认可的环境治理技术。光催化技术能耗低，反应条件温和，不容易造成二次污染，但也存在很多缺陷，如：降解效率低，光能利用率低等。传统的热催化技术往往需要高温的能量来触发催化反应，能耗高。光热催化反应通过光热激发产生的活性物种氧化降解水中污染物，其既可以结合光催化技术和热催化技术的长处，也能够充分规避二者的缺陷，为新型催化氧化提供了新方法：一方面，在光照下，光热催化材料本身能够直接实现光热转化，从而充分地利用光能，使得金属氧化物的晶格氧大量溢出，此外，光催化反应过程中产生的自由基也能够活化晶格氧，快速参与氧化反应，降低了热催化降解所需的能量和成本；另一方面，热能的引入加快了光生电子(e^-)和空穴(h⁺)的迁移速度，提高了光生载流子的分离效率，促进光催化降解污染物。

目前绝大多数催化剂主要基于自由基途径(如：OH·、O₂^-·等)进行催化降解反应。如中国专利文献CN110354893A公开了一种Cu负载的OMS-2催化剂的制备及其在降解有机污染物上的应用。该CuOX/OMS-2催化剂是将硝酸铜溶液加入OMS-2中，通过超声、搅拌然后减压蒸馏、干燥、煅烧制得。所述制备的催化剂既可作用于过一硫酸氢盐产生强氧化性的硫酸自由基作为活性物质，氧化脱色降解有机染料，又可以在硼氢化钠的作用下催化降解硝基化合物，反应后催化剂可回收再利用。得到的催化剂可在室温下持续多次高效催化活化过一硫酸氢盐降解有机污染物，但自由基特异性差，容易受外界因素干扰，使催化降解效率大大降低。

非自由基途径(如：单线态氧)更安全且抗干扰性和特异性更强，更适用于实际废水的净化处理。首先，非自由基主导的光催化反应对于目标污染物具有很强的选择性，善于攻击富电子化合物，避免了对于实际水体中天然有机物的湮灭；其次，非自由基途径能够抵御环境背景的影响，在大量干扰离子存在的情况下，仍能保持强氧化性，适合用于复杂环境条件下废水的高效处理；此外，自由基途径易与实际水体中的离子(如：卤素离子)发生氧化反应生成有毒副产物，而非自由基途径不与这些离子反应，更安全。

因此，有必要研发一种会产生大量的非自由基，可以适用于复杂水环境中污染物的降解的新途径。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种CuO@氮掺杂碳复合催化材料在光热催化产非自由基中的应用。

本发明将具有三维网络结构的纳米CuO@氮掺杂碳复合催化材料用作光热催化剂，发生光热催化的同时会产生大量的非自由基，尤其适用于复杂水环境中污染物的降解。对双酚类有机污染物废水具有良好的去除效果；能够抵御实际水体中的无机阴离子的影响，减少降解副产物的产生，更加适用于实际废水的处理；光热催化降解实现对太阳能的高效、清洁利用。

为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：