[发明专利]一种多孔金属（铁、镍、钴）掺杂石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于光催化领域和材料领域，具体为一种多孔金属（铁、镍、钴）掺杂石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法和应用。本发明将金属组分前驱体与石墨相氮化碳前驱体进行球磨发生反应实现金属掺杂，再将球磨后发生反应的产物在高温下煅烧，得到多孔金属（铁、镍、钴）掺杂石墨相氮化碳光催化材料。与现有技术相比，本发明方法反应时间短，操作简单，成本低，不涉及其他有机试剂，绿色环保。本发明得到的多孔金属（铁、镍、钴）掺杂氮化碳材料利用金属掺杂能增强可见光的吸收，缩小禁带宽度；同时具有大的比表面积和多孔结构，增加了反应活性位点，有利于与污染物接触，表现出优异的光催化性能。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体的说，涉及一种多孔金属(铁、镍、钴)掺杂石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的发展，化工、轻工业和医药等行业排放大量污水，污水中存在很多高浓度、难降解的有机污染物，对环境造成持久性污染。目前应用到实际的污水处理技术对有机污染物的去除率低，像污泥吸附、生物降解、水解和活性污泥氧化等传统工艺不能完全去除有机污染物。因此，为了降低有机污染物对环境的潜在风险，已经研究并应用了各种技术来去除水和废水中的有机污染物，包括吸附、高级氧化和光催化氧化技术等，而光催化氧化技术被认为是一种绿色、高效和低成本的环境净化方法。

g-C₃N₄被发现是一种具有可见光响应的光催化材料，可见光响应波长大约截止到420nm。g-C₃N₄具有原料来源丰富，合成成本低，化学稳定性和热稳定性好等优点，但也存在可见光响应弱、比表面积小、光生载流子复合效率高和电子传输效率慢等缺点。限制了其在光催化领域的应用。

金属掺杂石墨相氮化碳可以减小材料的禁带宽度、抑制光生载流子的复合和电子传输机制，提高材料的光催化性能，多孔结构可以增加材料的比表面积，增加活性位点。

在现有的技术中，如文献(K.A.Lin,J.T.Lin,Chemosphere,182(2017)54-64；X.Ye,Y.Cui,X.Wang,ChemSusChem,7(2014)738-742；Y.-N.Liu,X.Zhou,C.-C.Shen,Z.-W.Zhao,Y.-F.Jiang,L.-B.Ma,X.-X.Fang,Z.Akif,T.-Y.Cheag,A.-W.Xu,CatalysisScienceTechnology,8(2018)2853-2859；B.Zhou,L.Liu,P.Cai,G.Zeng,X.Li,Z.Wen,L.Chen,J.Mater.Chem.A,5(2017)22163-22169.)中金属前驱体为与石墨相氮化碳前驱体发生反应时，是在二甲基亚砜等有机试剂中回流加热12-24个小时，再通过醚等有机试剂萃取得到产物，此方法反应时间长，需要有机试剂参与，操作复杂，能量消耗高，危险性大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多孔金属(铁、镍、钴)掺杂石墨相氮化碳光催化剂材料的制备方法，其用简单的球磨法即可使金属前驱体与石墨相氮化碳前驱体发生反应结合，再制备后续材料。相较于现有的技术，本发明的制备方法工艺简单高效，成本低，对环境友好，操作安全，危险性低。

本发明的目的还在于提供由上述方法制备得到的一种多孔金属(铁、镍、钴)掺杂石墨相氮化碳光催化剂，其利用二茂铁衍生物、二茂钴衍生物和二茂镍衍生物中的一种或多种作为金属前驱体，与含有氨(胺)基的石墨相氮化碳前驱体球磨发生反应得到多孔金属掺杂石墨相氮化碳的单体，在合成多孔氮化碳的过程中同步掺杂金属铁、钴和镍，以达到金属掺杂的目的，进而制备的多孔金属掺杂石墨相氮化碳能增强可见光的吸收，缩小禁带宽度，同时具有大的比表面积和多孔结构，增加了反应活性位点，有利于与污染物接触，从而达到提高光催化性能的目的。

本发明的目的进一步在于提供一种多孔金属(铁、镍、钴)掺杂石墨相氮化碳光催化剂材料在降解废水中有机污染物方面的应用，其步骤简单，催化剂使用量少，降解效率高。

本发明的技术方案具体介绍如下。