铜金属掺杂氮化碳光芬顿催化过滤膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种铜金属掺杂氮化碳光芬顿催化过滤膜及其制备方法与应用，涉及催化过滤膜技术领域。本发明专利技术在N2氛围下制备出铜金属掺杂的Cu

【技术实现步骤摘要】
铜金属掺杂氮化碳光芬顿催化过滤膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及催化过滤膜
，尤其涉及一种铜金属掺杂氮化碳光芬顿催化过滤膜及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]以药品及个人护理品（pharmaceutical and personal care products，PPCPs）为代表的有机微量污染物对生态系统和人类健康造成了潜在的威胁，例如破坏若干生物过程、抑制发育和繁殖过程以及引起抗性基因的传播等。现有水相污染物多采用吸附和催化两种方法处理，吸附法产生大量的固体废物，催化法目前的材料催化效率低，需要昂贵的牺牲试剂。
[0003]g
‑
C3N4是一种主要含有C和N的非金属半导体材料，与其他氮化碳材料相比具有优异的稳定性，g
‑
C3N4可通过氰胺、双氰胺、三聚氰胺、硫脲和尿素等在相应温度下经热缩合反应制备出来，g
‑
C3N4在约600℃下稳定，禁带宽度大约为2.7eV，因此能在可见光激发下产生光生电子和空穴。
[0004]g
‑
C3N4根据基本结构单元主要分为三嗪环（C3N3）和3
‑
s
‑
三嗪环（C6N7）两种结构，三嗪环（C3N3）结构主要是C和N元素构成单环，这些单环上的C原子与N原子通过共价键连接形成共轭π键结构；3
‑
s
‑
三嗪环主要是C和N元素连接组成由三个环连接而成的基本结构单元，然后这些基本结构单元再经N原子通过共价键和环上的C原子连接起来，形成共轭π键；上述两种结构单元再经层间堆积方式，通过层间作用力形成g
‑
C3N4，其中3
‑
s
‑
三嗪环（C6N7）结构相比三嗪环（C3N3）具有更好的热稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种铜金属掺杂氮化碳光芬顿催化过滤膜及其制备方法与应用，通过金属掺杂策略将Cu元素掺杂到g
‑
C3N4中制备出Cu
‑
g
‑
C3N4光催化剂以及水相过滤膜，从而克服目前催化剂效率低的问题。
[0006]为实现此技术目的，本专利技术采用如下方案：铜金属掺杂氮化碳光芬顿催化过滤膜的制备方法，按如下步骤进行：S1、制备粉体Cu
‑
g
‑
C3N4材料：S1
‑
1、称取双氰胺和CuCl2并置于容器中，并添加去离子水加热搅拌，之后将容器内材料烘干，烘干后材料进行煅烧；S1
‑
2、煅烧后的材料研磨成粉，得到Cu
‑
g
‑
C3N4光催化剂，简写为CuCNx光催化剂，x为≥1的正整数，x的数值取决于Cu元素的加入量，x=Cu元素实际添加量/1.541mmol；S2、制备Cu
‑
g
‑
C3N4/PTFE膜材料：S2
‑
1、将制备好的Cu
‑
g
‑
C3N4光催化剂放入离心管中，然后加入无水乙醇、无离子水和全氟磺酸离子交换树脂分散液，摇晃离心管使Cu
‑
g
‑
C3N4光催化剂、溶液分散均匀；S2
‑
2、用无水乙醇冲洗后的PTFE膜放在砂芯漏斗上，将离心管内分散好的混合物
倒在砂芯漏斗的PTFE膜上，进行真空抽滤，最后取下负载光催化剂的PTFE膜烘干，得到Cu
‑
g
‑
C3N4/PTFE过滤膜。
[0007]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术在N2氛围下制备出啊金属掺杂的CuCNx光催化剂，经检测可知，催化剂内不含有相应金属的氧化物，金属通过与g
‑
C3N4中的N元素形成配位键存在于光催化剂中。对g
‑
C3N4进行金属掺杂制备出的CuCNx光催化剂，相比g
‑
C3N4具有更小的禁带宽度，金属掺杂增强了对可见光的吸收。经6.165 mmol Cu元素掺杂制备的CuCN4对高浓度SMT具有比较明显的光芬顿降解性能。同时本专利技术将粉体催化剂固定在PTFE支撑基底上，提高了粉体材料的利用效果。
[0008]本专利技术的优选方案为：S1
‑
1中双氰胺、CuCl2和去离子水的质量比为5：（0.2070~0.8280）：100。
[0009]S1
‑
1中加热搅拌时温度为80℃，搅拌时间为2.5h。
[0010]S1
‑
1中煅烧在N2氛围下进行，由室温升至550℃，升温速率为2℃/min，并在550℃下保温4h。
[0011]S1
‑
2中研磨先采用研钵研磨成粉末，再用球磨机进行3次球磨，球磨机设置转速为600rpm/min，每次球磨时间为14min。
[0012]S2
‑
1中光催化剂、无水乙醇、去离子水和全氟磺酸离子交换树脂分散液的用量比为15mg：15mL：2mL：200μL。
[0013]S1
‑
1和S2
‑
2的烘干温度均为60℃。
[0014]上述方法制备得到铜金属掺杂氮化碳光芬顿催化过滤膜，并将其应用在药品及个人护理品，有机微量污染物水相中，尤其是磺胺二甲氧嘧啶，提高了催化效率。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例1
‑
4提供的光催化剂的PXRD图；图2为本专利技术实施例1
‑
4提供的光催化剂的红外图；图3为本专利技术实施例1
‑
4提供的光催化剂光芬顿降解SMT的去除效果图，为了清楚显示曲线含义，在此进行说明：横坐标X=60时，对应的纵坐标所在由上至下分别表示H2O2+light、g
‑
C3N4+H2O2+light、CuCN1+H2O2+light、CuCN2+H2O2+light、CuCN3+H2O2+light、CuCN4+H2O2+light，时间t=30min时开启光照（light on），C
t
为t时间浓度，C0为初始浓度；图4为本专利技术实施例1
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4提供的光催化剂光芬顿降解SMT的动力学拟合图，图4中正方形标记线代表CuCN4+H2O2+light实验条件，圆形标记线代表CuCN3+H2O2+light实验条件，上三角形标记线代表CuCN2+H2O2+light实验条件，下三角形标记代表CuCN1+H2O2+light实验条件，五边形标记线代表g
‑
C3N4+H2O2+light实验条件，菱形标记线代表H2O2+light实验条件，C
t
为t时间浓度，C0为初始浓度；图5为本专利技术提供CuCN4/PTFE过滤膜对SMT的降解率。
具体实施方式
[0016]为充分了解本专利技术之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜金属掺杂氮化碳光芬顿催化过滤膜的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：S1、制备粉体Cu
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g
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C3N4材料：S1
‑
1、称取双氰胺和CuCl2并置于容器中，并添加去离子水加热搅拌，之后将容器内材料烘干，烘干后材料进行煅烧；S1
‑
2、煅烧后的材料研磨成粉，得到Cu
‑
g
‑
C3N4光催化剂；S2、制备Cu
‑
g
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C3N4/PTFE膜材料：S2
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1、将制备好的Cu
‑
g
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C3N4光催化剂放入离心管中，然后加入无水乙醇、无离子水和全氟磺酸离子交换树脂分散液，摇晃离心管使Cu
‑
g
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C3N4光催化剂、溶液分散均匀；S2
‑
2、用无水乙醇冲洗后的PTFE膜放在砂芯漏斗上，将离心管内分散好的混合物倒在砂芯漏斗的PTFE膜上，进行真空抽滤，最后取下负载光催化剂的PTFE膜烘干，得到Cu
‑
g
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C3N4/PTFE过滤膜。2.根据权利要求1所述的铜金属掺杂氮化碳光芬顿催化过滤膜的制备方法，其特征在于，S1
‑
1中双氰胺、CuCl2和去离子水的质量比为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李响，王博，冯霄，甘显一，辛宝平，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：