一种利用聚多巴胺还原的氮化碳负载型纳米金催化剂处理硝基芳香烃类物质的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用聚多巴胺还原的氮化碳负载型纳米金催化剂处理硝基芳香烃类物质的方法，将纳米金催化剂加入到硝基芳香烃类物质和含BH4－的盐的混合液中，进行降解处理；所述纳米金催化剂包括由多巴胺自聚合在氮化碳表面形成的聚多巴胺‑氮化碳载体，以及被该载体上的聚多巴胺还原的纳米金颗粒，所述聚多巴胺呈无定型态包覆片状的氮化碳，所述纳米金颗粒负载于聚多巴胺‑氮化碳载体表面，纳米金与聚多巴胺‑氮化碳载体的质量比为1～4∶30，聚多巴胺与氮化碳质量比为0.8～1.2∶1。本发明专利技术的方法，具有操作简单、反应迅速、催化剂易回收重复利用、降解效率高等优点，是一种可以广泛应用于处理硝基芳香烃的方法。

A Method for Treatment of Nitroaromatic Hydrocarbons with Carbon Nitride Supported Nano-gold Catalyst Reduced by Polydopamine

The invention discloses a method for treating nitroaromatic hydrocarbons by using a carbon nitride supported nano-gold catalyst reduced by polydopamine, in which the nano-gold catalyst is added to a mixture of nitroaromatic hydrocarbons and salt containing BH4 - for degradation treatment, and the nano-gold catalyst includes self-polymerization of dopamine in nitrogen. The polydopamine carbon nitride carrier formed on the surface of the carbon carbide and the nano-gold particles reduced by the polydopamine on the carrier are amorphous coated sheet-like carbon nitride. The nano-gold particles are supported on the surface of the polydopamine carbon nitride carrier, and the quality of the nano-gold and the polydopamine carbon nitride carrier is good. The ratio is 1~4: 30, and the mass ratio of poly dopamine to carbon nitride is 0.8 to 1.2: 1. The method has the advantages of simple operation, rapid reaction, easy recovery and reuse of catalyst and high degradation efficiency, and can be widely used for treating nitroaromatic hydrocarbons.

【技术实现步骤摘要】
一种利用聚多巴胺还原的氮化碳负载型纳米金催化剂处理硝基芳香烃类物质的方法
本专利技术属于硝基芳香烃类物质的还原处理领域，涉及一种利用碳负载型纳米金催化剂处理硝基芳香烃类物质的方法，具体涉及一种利用聚多巴胺还原的氮化碳负载型纳米金催化剂还原处理硝基芳香烃类物质的方法。
技术介绍
硝基芳香烃类物质(如对硝基酚、2-硝基酚、2,4-硝基酚、偶氮染料等)是重要的化工原料，广泛应用于农药、染料、炸药、医药等化工产品的生产。全世界每年排入环境中的苯胺和硝基苯类化合物约为1万t和3万t。随着化工产业的发展，这类化学品的需求日益上升，排入环境中的量也越来越高。而该类物质具有高毒性，被人体皮肤吸收或从呼吸道吸入会引起中毒及死亡。如何减少硝基芳香烃类物质对环境的污染，引起了人们的广泛关注。目前，国内外关于硝基芳香烃废水的处理主要有物理、化学、生物等方法。其中，纳米金作为一类重要的纳米材料，具有易合成、比表面积大、生物相容等优点，其特有的介电特性以及优良的催化作用使得其广泛应用于医药、化学、环境等领域。尤其是在还原硝基芳香烃类物质方面，具有很好的催化活性。而将高毒的硝基芳香烃类物质在纳米金催化剂的作用下还原为对应的胺类，一方面降低了硝基芳香烃的毒性，从而减少了其对环境的污染；另一方面，这些胺类可以用作化工原料，而进行工业生产。因此，用纳米金催化剂还原硝基芳香烃类物质具有较好的应用前景，对减少环境污染具有重要的意义。目前，研究者们尝试将纳米金胶体负载在合适的载体上来提高纳米金的稳定性，促进金催化剂的循环利用。传统的负载型纳米金催化剂制备方法有沉淀-沉积，共沉淀等，但是这些方法往往需要通过加沉淀剂的方式将金盐溶液的pH调为碱性，生成Au(OH)3沉淀，最后用一定手段将Au3+还原为纳米金。一般采用加入硼氢化钠、柠檬酸三钠、或者抗坏血酸等化学试剂作为还原剂还原氯金酸，但是这些物质均具有强还原性，可能对环境造成二次污染。氮化碳是一种具有类石墨烯结构的不含金属的聚合半导体材料，由于其具有较高的热化学稳定性、优良的电子传递能力以及较好的生物相容性而广泛应用于催化领域，是一类优良的碳载体。但是采用传统方法将纳米金负载在氮化碳上也需要加入硼氢化钠等化学试剂，不符合绿色化学的主题。此外，采用现有的纳米金催化剂还原处理硝基芳香烃类物质，催化效率并不理想，有的反应20min以上还不能反应完全。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简单、反应迅速、催化剂易回收利用、高效的利用新型氮化碳负载型纳米金催化剂还原处理硝基芳香烃类物质的方法，该方法对硝基芳香烃具有很好的降解效果。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种利用聚多巴胺还原的氮化碳负载型纳米金催化剂处理硝基芳香烃类物质的方法，将纳米金催化剂加入到硝基芳香烃类物质和含BH4－的盐的混合液中，进行降解处理；所述纳米金催化剂包括由多巴胺自聚合在氮化碳表面形成的聚多巴胺-氮化碳载体，以及被该载体上的聚多巴胺还原的纳米金颗粒，所述聚多巴胺呈无定型态包覆片状的氮化碳，所述纳米金颗粒负载于聚多巴胺-氮化碳载体表面，纳米金与聚多巴胺-氮化碳载体的质量比为1～4∶30，聚多巴胺与氮化碳质量比为0.8～1.2∶1。优选的，所述含BH4－的盐与硝基芳香烃类物质的摩尔比为100～500∶1。优选的，每3×10-5mmol硝基芳香烃类物质加入所述纳米金催化剂2～14mg。优选的，所述含BH4－的盐为硼氢化钠，所述硝基芳香烃类物质包括选自对硝基酚、2,4-硝基酚或甲基橙中的一种或多种。优选的，所述纳米金与聚多巴胺-氮化碳载体的质量比为2～4∶30。优选的，所述纳米金颗粒平均粒径为8nm～53nm。在一些具体实施方式中，所述纳米金催化剂由包括以下步骤的方法制备而成：将多巴胺加入到氮化碳和pH8.0～9.0的缓冲溶液的混合液中，使多巴胺发生自聚合，得到聚多巴胺-氮化碳载体；将上述得到的聚多巴胺-氮化碳载体加入到含有Au3+的溶液中，5℃～40℃下充分搅拌，使Au3+还原为纳米金，得到由聚多巴胺还原的氮化碳负载型纳米金催化剂。优选的，在多巴胺发生自聚合的反应中，搅拌反应15h～30h。优选的，所述含有Au3+的溶液为氯金酸溶液，浓度为0.04g/L～0.16g/L。优选的，聚多巴胺-氮化碳载体加入到含有Au3+的溶液中，充分搅拌20h～30h。本专利技术方法所采用的利用聚多巴胺还原的氮化碳负载型纳米金催化剂：由于多巴胺具有氨基和儿茶酚功能基团，能锚固在氮化碳表面。多巴胺在温和条件下(弱碱性)即能发生自聚合形成聚多巴胺，由此制得聚多巴胺-氮化碳载体(PDA-g-C3N4)。聚多巴胺具有丰富的氨基和儿茶酚基，能够还原Au3+生成纳米金，得到氮化碳负载型纳米金催化剂(PDA-g-C3N4/Au)。聚多巴胺-氮化碳载体与纳米金之间通过非共价键稳定结合，主要包括金属键、配位作用和分子间作用力。利用上述聚多巴胺还原的氮化碳负载型纳米金催化剂处理硝基芳香烃类物质时，在少量硼氢化钠存在的条件下，纳米金的催化作用被激活。硼氢化钠在水分子存在的条件下产生活性氢(H2)，活性氢被吸附到纳米金表面与纳米金形成Au-H中间体，同时纳米金成为氢化物转移的媒介。当目标物质(硝基芳香烃类物质)在硼氢化钠作用下形成盐，扩散并且吸附到纳米金表面时，纳米金表面的活性氢由纳米金的推动作用下转移到目标物质上，与目标物质形成加氢反应，目标物质得到氢而还原，硝基芳香烃被还原为相应的胺，达到降解的目的。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1)多巴胺自聚合包裹在氮化碳表面，没有改变氮化碳的片状结构。片状氮化碳分散后呈无定型固体，因此本专利技术催化剂中的聚多巴胺为不规则无定型态，存在许多的边角氨基和儿茶酚功能基团，有利于吸附Au3+，并将其还原为纳米金。聚多巴胺作为无定型状包覆氮化碳，同时提供了类孔结构，具有比表面积大，与有机物接触广等优点，在实际应用中有利于催化还原硝基芳香烃类物质。相比纳米金胶体类催化剂，本专利技术的聚多巴胺还原的氮化碳负载型纳米金催化剂的金负载量大，能为纳米金提供较多的活性位点，具有更高的催化活性，催化效率更高，能高效降解硝基芳香烃。同时，通过调节氯金酸的量，可以调节纳米金的负载量，从而调整该金催化剂的催化效率。2)由于氮化碳具有较好的电子传递能力，当纳米金被硼氢化钠触发并得到活性氢后，氮化碳可以进一步促进电子转移而有利于吸附更多的活性氢以及目标物质，并且促进氢与目标物质的反应，从而加快反应。由于载体与纳米金的协同作用下，硼氢化钠与水反应而产生活性氢而无损失。同时由于氮化碳丰富的N结构，具有较好的质子吸附能力，可以吸引目标物质，使得纳米金的活性氢转移距离变短，有利于目标物质靠近催化剂，促进了传质而进一步促进反应，提高催化效率。因此，利用本专利技术的聚多巴胺还原的氮化碳负载型纳米金催化剂处理硝基芳香烃类物质时，硼氢化钠的用量很少，在降解效率达最高的情形下，硼氢化钠与对硝基苯酚的摩尔比可以降至400∶1。3)由于上述两点，本专利技术的聚多巴胺还原的氮化碳负载型纳米金催化剂催化效率很高，处理硝基芳香烃类物质最快2～4min便基本反应完全。可以处理的硝基芳香烃类物质包括对硝基酚、2,4-硝基酚和甲基橙，也即不仅对简单的硝基芳香烃类物质具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用聚多巴胺还原的氮化碳负载型纳米金催化剂处理硝基芳香烃类物质的方法，其特征在于，将纳米金催化剂加入到硝基芳香烃类物质和含BH4－的盐的混合液中，进行降解处理；所述纳米金催化剂包括由多巴胺自聚合在氮化碳表面形成的聚多巴胺‑氮化碳载体，以及被该载体上的聚多巴胺还原的纳米金颗粒，所述聚多巴胺呈无定型态包覆片状的氮化碳，所述纳米金颗粒负载于聚多巴胺‑氮化碳载体表面，纳米金与聚多巴胺‑氮化碳载体的质量比为1～4∶30，聚多巴胺与氮化碳质量比为0.8～1.2∶1。

【技术特征摘要】
1.一种利用聚多巴胺还原的氮化碳负载型纳米金催化剂处理硝基芳香烃类物质的方法，其特征在于，将纳米金催化剂加入到硝基芳香烃类物质和含BH4－的盐的混合液中，进行降解处理；所述纳米金催化剂包括由多巴胺自聚合在氮化碳表面形成的聚多巴胺-氮化碳载体，以及被该载体上的聚多巴胺还原的纳米金颗粒，所述聚多巴胺呈无定型态包覆片状的氮化碳，所述纳米金颗粒负载于聚多巴胺-氮化碳载体表面，纳米金与聚多巴胺-氮化碳载体的质量比为1～4∶30，聚多巴胺与氮化碳质量比为0.8～1.2∶1。2.根据权利要求1所述的利用聚多巴胺还原的氮化碳负载型纳米金催化剂处理硝基芳香烃类物质的方法，其特征在于，所述含BH4－的盐与硝基芳香烃类物质的摩尔比为100～500∶1。3.根据权利要求1或2所述的利用聚多巴胺还原的氮化碳负载型纳米金催化剂处理硝基芳香烃类物质的方法，其特征在于，每3×10-5mmol硝基芳香烃类物质加入所述纳米金催化剂2～14mg。4.根据权利要求1或2所述的利用聚多巴胺还原的氮化碳负载型纳米金催化剂处理硝基芳香烃类物质的方法，其特征在于，所述含BH4－的盐为硼氢化钠，所述硝基芳香烃类物质包括选自对硝基酚、2,4-硝基酚或甲基橙中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的利用聚多巴胺还原的氮化碳负载型纳米金催化剂处理硝基芳香烃类物质的方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦蕾，曾光明，赖萃，黄丹莲，符玉葵，张辰，许飘，程敏，周响响，熊炜平，文晓凤，周成赟，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43