一种能适应复杂水环境的氮化碳基光催化剂及其制备方法和光催化产H2O2的应用

本发明属于光催化领域，具体涉及一种能适应复杂水环境的氮化碳基光催化剂及其制备方法和光催化产h2o2的应用。

背景技术：

1、h2o2作为一种副产物只有o2和h2o的氧化剂，在化工合成、废水处理、医用杀菌等领域应用较多。然而，工业上常用于合成h2o2的蒽醌法会消耗大量能源、造成严重的环境污染，并极易引发爆炸。光催化合成h2o2因其仅需要o2、h2o、太阳光和半导体催化剂，与蒽醌法相比，更加安全且环保，因此逐渐受到研究者们的关注。目前，大多数的研究只有在加入有机牺牲剂和额外通入纯o2的去离子水中才能实现高h2o2产率。有机牺牲剂(异丙醇、乙醇等)的加入，还会导致光催化过程中生成酮类或醛类物质，对后续h2o2的分离和提纯造成不利影响。同时，新生成的酮类或醛类以及剩余的有机醇类物质如若处理不当，也会造成环境污染。另外，对纯水和纯o2的依赖不仅会提高光催化合成h2o2的成本，而且会极大地降低其实用性。

2、目前，光催化氧还原合成h2o2的研究虽然较多，但是设计能够不依赖有机牺牲剂、纯o2及去离子水的催化剂仍然是一项难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有光催化产h2o2的方法依赖有机牺牲剂、纯o2及去离子水导致生产成本高和适用范围窄的技术问题，而提供一种能适应复杂水环境的氮化碳基光催化剂及其制备方法和光催化产h2o2的应用。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的目的之一在于提供一种能适应复杂水环境的氮化碳基光催化剂由氮化碳纳米片和均匀负载于纳米片表面的ni-ag复合纳米颗粒组成。

4、进一步限定，氮化碳纳米片的厚度为20-30nm，ni-ag复合纳米颗粒粒径为30-40nm，ni-ag复合纳米颗粒的负载量为氮化碳纳米片质量的2.5-5.5％，其中ni和ag质量比为(2-4)：0.9。

5、本发明的目的之二在于提供一种能适应复杂水环境的氮化碳基光催化剂的制备方法，所述方法按以下步骤进行：

6、将氮化碳纳米片的水分散液与ni(no3)2·6h2o溶液、agno3溶液混合，避光搅拌反应，随后逐滴加入nabh4溶液，继续避光搅拌反应，离心、洗涤、干燥，得到cnns/ni-ag，即氮化碳基光催化剂。

7、进一步限定，氮化碳纳米片的制备过程：由尿素经两次煅烧制成。

8、更进一步限定，两次煅烧的温度均为450-600℃，升温速率均为4-6℃/min，时间为2-4h，两次煅烧之间进行水洗和干燥。

9、进一步限定，氮化碳纳米片的水分散液浓度为4-6g/l。

10、进一步限定，ni(no3)2·6h2o溶液浓度为20-40g/l，agno3溶液浓度为4-16g/l。

11、进一步限定，避光搅拌反应1.5-2.5h。

12、进一步限定，nabh4与氮化碳纳米片的质量比为(0.2-0.4)：1，nabh4溶液浓度为10-14g/l。

13、进一步限定，继续避光搅拌反应3-5h。

14、本发明的目的之三在于提供一种能适应复杂水环境的氮化碳基光催化剂在光催化水产h2o2中的应用。

15、本发明的目的之四在于提供一种光催化水高效产h2o2的方法，所述方法步骤如下：

16、将上述氮化碳基光催化剂加入水中，避光搅拌，随后于室温下进行光催化反应。

17、进一步限定，水为自来水。

18、进一步限定，氮化碳基光催化剂投加量为0.5-1.5g/l。

19、进一步限定，避光搅拌10-30min。

20、本发明与现有技术相比，优势在于：

21、(1)本发明提供的cnns/ni-ag在不加入有机牺牲剂和不额外通入纯o2的去离子水中，实现高效光催化氧还原生成h2o2的制备过程。h2o2产率高达681.2μmol/l/h，且材料具有良好的循环稳定性。

22、(2)本发明制备的cnns/ni-ag在未经任何处理的复杂水环境(如自来水)中，光催化氧还原产h2o2的效率达446.3μmol/l/h，对环境要求低，展现出较高的实用性，适用范围更广。

23、(3)本发明合成cnns/ni-ag的方法操作方法简便，所需设备简单，且反应条件相对温和。

技术特征：

1.一种能适应复杂水环境的氮化碳基光催化剂，其特征在于，由氮化碳纳米片和均匀负载于纳米片表面的ni-ag复合纳米颗粒组成。

2.根据权利要求1所述的光催化剂，其特征在于，氮化碳纳米片的厚度为20-30nm，ni-ag复合纳米颗粒粒径为30-40nm，ni-ag复合纳米颗粒的负载量为氮化碳纳米片质量的2.5-5.5％，其中ni和ag质量比为(2-4)：0.9。

3.权利要求1或2所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，氮化碳纳米片的制备过程：由尿素经两次煅烧制成。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，两次煅烧的温度均为450-600℃，升温速率均为4-6℃/min，时间为2-4h，两次煅烧之间进行水洗和干燥。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，氮化碳纳米片的水分散液浓度为4-6g/l，ni(no3)2·6h2o溶液浓度为20-40g/l，agno3溶液浓度为4-16g/l，避光搅拌反应1.5-2.5h。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，nabh4与氮化碳纳米片的质量比为(0.2-0.4)：1，nabh4溶液浓度为10-14g/l，继续避光搅拌反应3-5h。

8.权利要求1或2所述的催化剂在光催化水产h2o2中的应用。

9.一种光催化水高效产h2o2的方法，其特征在于，所述方法：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，水为自来水，氮化碳基光催化剂投加量为0.5-1.5g/l，避光搅拌10-30min。

技术总结一种适应复杂水环境的氮化碳基光催化剂及其制备方法和光催化产H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;的应用。本发明属于光催化领域。本发明的目的是为了解决现有光催化产H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;的方法依赖有机牺牲剂、纯O<subgt;2</subgt;及去离子水导致生产成本高和适用范围窄的技术问题。本发明的光催化剂由氮化碳纳米片和均匀负载于纳米片表面的Ni‑Ag纳米颗粒组成。方法：将氮化碳纳米片的水分散液与Ni(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O溶液、AgNO<subgt;3</subgt;溶液混合，避光搅拌反应，随后逐滴加入NaBH<subgt;4</subgt;溶液，继续避光搅拌反应，离心、洗涤、干燥，得到氮化碳基光催化剂。本发明制备的光催化剂在不加入有机牺牲剂及不额外通入O<subgt;2</subgt;的去离子水或自来水中展现出优异的催化性能。用于光催化水产H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;。技术研发人员：杨敏,李汝金,郭超,于艳玲受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9