[发明专利]一种纳米CeZnOx

说明书

本发明提供了一种纳米CeZnO_x掺杂多孔氮化碳水凝胶粒子的制备方法及应用，属于环境污染控制工程领域。光催化技术能够利用自然光能，适宜污染自然水体的原位净化。为避免光催化剂流失，提高光催化效率，本发明采用凝胶的方式固定光催化剂，制备CeZnOx/C₃N₄凝胶粒子，可以同时满足较好的催化效率和回收的要求。以亲水细孔丝网构建表面积大、深度小的流化床床体，内部装填密度接近于水、粒度大于网孔的凝胶粒子，形成流化床。光催化水凝胶粒子流化床建造简单，方便移动；充分利用太阳能，节省动力消耗；可长期使用，使用完成后催化剂可回收，特别适用于污染自然水体的原位净化。

技术领域

本发明属于污水绿色净化技术领域，涉及高效率CeZnO_x掺杂多孔氮化碳水凝胶粒子制备，特别涉及光催化流化床原位净化水体技术的应用。

背景技术

世界范围内，自然水体中检测到的污染物种类、剂量在不断增加，如抗生素、内分泌干扰物(EDCs)、农药与个人护理品(PPCPs)等，难以生物降解，严重威胁到生态环境健康。原位净化是自然水体污染控制的适宜方法。光催化技术能够利用自然光能，将光能转变为化学能，完成污染物质氧化降解，被认为是新一代绿色清洁技术，适用于自然水体难降解有机物的原位处理。

光催化技术目前存在的主要问题在于粉末光催化剂的流失。为保持较高的光催化效能，通常采用粉末形式光催化剂，但光催化剂的流失会造成二次污染威胁生态环境。从水相中分离粉末态催化剂需利用膜分离或高速离心等固液分离技术，增加了操作难度和成本。因此，光催化剂的固定技术引发重视。膜表面固定，电极表面固定等方式不适宜自然水体的原位净化，目前，自然水体污染控制中的光催化技术通常采用滚筒表面固定催化剂的形式，但这种方式主要有以下两个方面的缺陷：1)滚筒上能够同时接收光照且与水体接触的面积很小，导致催化效率低下；2)表面固定的光催化剂在长时间使用中不可避免发生脱落，可引发二次污染。因此，适用的光催化剂固定技术仍需发展和创新。

海藻酸钠水凝胶是亲水性高分子有机交联材料，亲水性好，在水中能够稳定保持交联网络结构。而且，海藻酸钠水凝胶内部结构连续、相容性好、易于修饰或功能化；海藻酸钠水凝胶的交联网络结构可为电子传递提供更多的通道，促进光催化效率的提升。因此，本工作采用光催化剂与海藻酸钠共混制备光催化凝胶粒子，固定光催化剂稳定存在凝胶粒子中，且控制粒径大小，使其易于拦截回收。

在光催化反应中，催化剂吸收光子后，会形成光生电子-空穴对，光生载流子彼此分离迁移，与污染物质发生氧化还原反应。因此，光催化效能的主要取决于催化剂的性能。相比于传统的金属光催化材料，氮化碳是一种可以吸收可见光的非金属光催化剂，其禁带宽度为2.7e V，具有良好的可见光催化活性、化学稳定性、热稳定性、生物兼容性以及易于大规模制备等特点。因此十分适合作为光催化原位去除技术的主体，但是层状的氮化碳较小的比表面积所导致的反应位点较少，吸附能力较弱。多孔氮化碳相比层状的氮化碳含有更多的孔结构，可以提供更多的反应吸附位点从而提高催化效能。此外，在产生光生电子空穴的过程中，光生载流子极易复合，降低氧化还原效率。采用微溶剂燃烧合成(SMCS)法制备的CeZnO_x可与多孔氮化碳结合构成异质结，促进电子转移， CeZnO_x内部丰富的氧空穴也可进一步促进电子转移和氧吸附，抑制光生载流子的复合。因此，本工作采用纳米CeZnO_x掺杂多孔氮化碳作为光催化剂，构建异质结，增加光生载流子的分离效率。实验室已验证，CeZnO_x/C₃N₄凝胶粒子催化效率和C₃N₄粉末近似，说明CeZnO_x/C₃N₄凝胶粒子可以同时满足较好的催化效率和回收的要求。