CN115007192A - 一种氮化碳基单原子镍纳米材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种氮化碳基单原子镍纳米材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115007192A CN115007192A CN202210836149.8A CN202210836149A CN115007192A CN 115007192 A CN115007192 A CN 115007192A CN 202210836149 A CN202210836149 A CN 202210836149A CN 115007192 A CN115007192 A CN 115007192A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nickel
- carbon nitride
- atom
- nano material
- carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 181
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 88
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 86
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 18
- CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N [C].[N] Chemical compound [C].[N] CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 17
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 12
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L peroxydisulfate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 10
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 8
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 6
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- SHWZFQPXYGHRKT-FDGPNNRMSA-N (z)-4-hydroxypent-3-en-2-one;nickel Chemical compound [Ni].C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O SHWZFQPXYGHRKT-FDGPNNRMSA-N 0.000 claims description 3
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims description 3
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- DOLZKNFSRCEOFV-UHFFFAOYSA-L nickel(2+);oxalate Chemical compound [Ni+2].[O-]C(=O)C([O-])=O DOLZKNFSRCEOFV-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910000008 nickel(II) carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- ZULUUIKRFGGGTL-UHFFFAOYSA-L nickel(ii) carbonate Chemical compound [Ni+2].[O-]C([O-])=O ZULUUIKRFGGGTL-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- -1 dicyanodiamine Chemical compound 0.000 claims description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000010865 sewage Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 25
- USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L potassium persulfate Chemical class [K+].[K+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 7
- FHHJDRFHHWUPDG-UHFFFAOYSA-L peroxysulfate(2-) Chemical compound [O-]OS([O-])(=O)=O FHHJDRFHHWUPDG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 4
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 2
- 238000000731 high angular annular dark-field scanning transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BTJIUGUIPKRLHP-UHFFFAOYSA-N 4-nitrophenol Chemical compound OC1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1 BTJIUGUIPKRLHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HEFNNWSXXWATRW-UHFFFAOYSA-N Ibuprofen Chemical compound CC(C)CC1=CC=C(C(C)C(O)=O)C=C1 HEFNNWSXXWATRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004098 Tetracycline Substances 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- KIPLYOUQVMMOHB-MXWBXKMOSA-L [Ca++].CN(C)[C@H]1[C@@H]2[C@@H](O)[C@H]3C(=C([O-])[C@]2(O)C(=O)C(C(N)=O)=C1O)C(=O)c1c(O)cccc1[C@@]3(C)O.CN(C)[C@H]1[C@@H]2[C@@H](O)[C@H]3C(=C([O-])[C@]2(O)C(=O)C(C(N)=O)=C1O)C(=O)c1c(O)cccc1[C@@]3(C)O Chemical compound [Ca++].CN(C)[C@H]1[C@@H]2[C@@H](O)[C@H]3C(=C([O-])[C@]2(O)C(=O)C(C(N)=O)=C1O)C(=O)c1c(O)cccc1[C@@]3(C)O.CN(C)[C@H]1[C@@H]2[C@@H](O)[C@H]3C(=C([O-])[C@]2(O)C(=O)C(C(N)=O)=C1O)C(=O)c1c(O)cccc1[C@@]3(C)O KIPLYOUQVMMOHB-MXWBXKMOSA-L 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- MXWJVTOOROXGIU-UHFFFAOYSA-N atrazine Chemical compound CCNC1=NC(Cl)=NC(NC(C)C)=N1 MXWJVTOOROXGIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- CYDMQBQPVICBEU-UHFFFAOYSA-N chlorotetracycline Natural products C1=CC(Cl)=C2C(O)(C)C3CC4C(N(C)C)C(O)=C(C(N)=O)C(=O)C4(O)C(O)=C3C(=O)C2=C1O CYDMQBQPVICBEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960004475 chlortetracycline Drugs 0.000 description 1
- CYDMQBQPVICBEU-XRNKAMNCSA-N chlortetracycline Chemical compound C1=CC(Cl)=C2[C@](O)(C)[C@H]3C[C@H]4[C@H](N(C)C)C(O)=C(C(N)=O)C(=O)[C@@]4(O)C(O)=C3C(=O)C2=C1O CYDMQBQPVICBEU-XRNKAMNCSA-N 0.000 description 1
- 235000019365 chlortetracycline Nutrition 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N dicyandiamide Chemical compound NC(N)=NC#N QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000007210 heterogeneous catalysis Methods 0.000 description 1
- 239000002638 heterogeneous catalyst Substances 0.000 description 1
- 229960001680 ibuprofen Drugs 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M methyl orange Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M 0.000 description 1
- 229940012189 methyl orange Drugs 0.000 description 1
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 229940063650 terramycin Drugs 0.000 description 1
- 229960002180 tetracycline Drugs 0.000 description 1
- 235000019364 tetracycline Nutrition 0.000 description 1
- 229930101283 tetracycline Natural products 0.000 description 1
- 150000003522 tetracyclines Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
- B01J35/613—10-100 m2/g
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
- B01J35/615—100-500 m2/g
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/722—Oxidation by peroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种氮化碳基单原子镍纳米材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种氮化碳基单原子镍纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将有机碳氮源和镍源混合，得到混合粉体；将所述混合粉体进行焙烧，得到所述氮化碳基单原子镍纳米材料。所述制备方法制备得到的氮化碳基单原子镍纳米材料在保持具有较高催化活性的基础上，还能够有效避免金属元素的溶解析出。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种氮化碳基单原子镍纳米材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着工业技术与医药技术的发展，大量有机化合物(如燃料、抗生素等)应用于工业生产与医疗技术中，会导致大量难降解有机污染物流入水体，严重影响水生态环境安全以及人体健康。通过传统的水处理技术，无法将其去除。本领域技术人员经过长期的研发发现利用高级氧化技术对有机污染物的去除具有很好的效果，其中过硫酸盐(PMS)作为强氧化剂更是受到大量研究人员的关注。但是过硫酸盐本身对有机污染物的降解效果并不是很理想，因此需要采用一定的技术对其进行活化，当前技术多数采用加催化剂的方式对其进行活化。
异相催化因操作简单、制作简单、成本低廉以及安全等优点，成为本领域研究人员优先考虑的活化过硫酸盐的方式。常用的异相催化剂有金属氧化物、过渡金属单质以及非金属材料等。其中金属氧化物和过渡金属单质具有催化活性高的特点，但因金属含量高，在过硫酸盐体系的酸性条件下，容易析出金属离子，对水体会造成污染，限制了其应用。而非金属材料主要以碳材料和氮化碳材料为主，其更加稳定，价格低廉，因此更具有应用前景。但单纯的非金属材料，催化活性相对较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮化碳基单原子镍纳米材料及其制备方法和应用，所述制备方法制备得到的氮化碳基单原子镍纳米材料在保持具有较高催化活性的基础上，还能够有效避免金属元素的溶解析出。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种氮化碳基单原子镍纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
将有机碳氮源和镍源混合，得到混合粉体；
将所述混合粉体进行焙烧，得到所述氮化碳基单原子镍纳米材料。
优选的，所述有机碳氮源包括尿素、二氰二胺、三聚氰胺和硫脲中的一种或几种。
优选的，所述镍源包括硝酸镍、氯化镍、碳酸镍、草酸镍和乙酰丙酮镍中的一种或几种。
优选的，所述有机碳氮源和镍源的摩尔比为100：(0.1～5)。
优选的，所述焙烧在空气气氛中进行；
所述焙烧的温度为400～500℃，时间为1～10h。
优选的，升温至所述焙烧的温度的升温速率≤10℃/min。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的氮化碳基单原子镍纳米材料，包括氮化碳和掺杂在所述氮化碳中的单原子镍。
优选的，所述氮化碳和单原子镍的质量比为100：(0.1～5)。
本发明还提供了上述技术方案所述的氮化碳基单原子镍纳米材料在催化降解有机废水领域中的应用。
优选的，所述应用包括以下步骤：
将所述氮化碳基单原子镍纳米材料和有机废水混合后，加入过硫酸盐溶液，进行降解。
本发明提供了一种氮化碳基单原子镍纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将有机碳氮源和镍源混合，得到混合粉体；将所述混合粉体进行焙烧，得到所述氮化碳基单原子镍纳米材料。本发明采用固相煅烧的方式能够使镍金属以单原子的形式掺杂到氮化碳中，并通过碳和氮元素的配位作用，将镍原子高稳定的固定于氮化碳材料上，以保证金属催化剂的高活性，有效减少金属元素的使用，又能有效避免金属元素的溶解析出；还能够有效降低金属的使用量，提高原子利用率。同时，所述制备方法原料易得，价格低廉，制备简单，具有非常好的经济效益；利用本发明所述的制备方法制备得到的氮化碳基单原子镍纳米材料是固体难溶性催化剂，容易与水分离，具有很好的可回收性，具有巨大的应用潜力。
附图说明
图1为实施例3所述SNi-C3N4-3的SEM图；
图2为实施例3所述SNi-C3N4-3的球差HAADF-STEM图；
图3为实施例1～4所述氮化碳基单原子镍纳米材料和对比例1所述氮化碳材料的XRD图；
图4为实施例3所述SNi-C3N4-3的XPS图；
图5为应用例1和对比应用例1～2的降解有机污染物的示意图；
图6为应用例1中添加实施例3所述氮化碳基单原子镍纳米材料(SNi-C3N4-3)活化过硫酸钾溶液(PMS)降解有机物的EPR图；
图7为应用例1中添加实施例1所述氮化碳基单原子镍纳米材料在不同pH值条件下催化活化过硫酸钾降解有机污染物的示意图；
图8为应用例1中添加实施例2所述氮化碳基单原子镍纳米材料在不同水温下催化活化过硫酸钾降解有机污染物的示意图；
图9为应用例1中添加实施例3所述氮化碳基单原子镍纳米材料在不同水质下催化活化过硫酸钾降解有机污染物的示意图；
图10为用例1中添加实施例4所述氮化碳基单原子镍纳米材料催化活化过硫酸钾降解不同有机污染物的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种氮化碳基单原子镍纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
将有机碳氮源和镍源混合，得到混合粉体；
将所述混合粉体进行焙烧，得到所述氮化碳基单原子镍纳米材料。
在本发明中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
本发明将有机碳氮源和镍源混合，得到混合粉体。
在本发明中，所述有机碳氮源包括尿素、二氰二胺、三聚氰胺和硫脲中的一种或几种；当所述有机碳氮源为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。
在本发明中，所述镍源优选包括硝酸镍、氯化镍、碳酸镍、草酸镍和乙酰丙酮镍中的一种或几种；当所述镍源为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，案任意配比进行混合即可。
在本发明中，所述有机碳氮源和镍源的摩尔比优选为100：(0.1～5)，更优选为100：(1～4)，最优选为100：(2～3)。
在本发明中，所述混合的方式优选为研磨，本发明对所述研磨的过程没有任何约束的限定，采用本领域技术人员熟知的过程使混合后的物料成分并混合均匀即可。
得到混合粉体后，本发明将所述混合粉体进行焙烧，得到所述氮化碳基单原子镍纳米材料。
在本发明中，所述焙烧优选在空气气氛中进行；所述焙烧的温度优选为400～500℃，更优选为420～480℃，最优选为430～450℃；时间优选为1～10h，更优选为2～6h，最优选为4h。在本发明中，升温至所述焙烧的温度的升温速率优选≤10℃/min，更优选为4～6℃/min。在本发明中，所述焙烧优选在马弗炉中进行。
所述焙烧完成后，本发明还优选包括冷却，本发明对所述冷却的方式没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式进行即可。在本发明的具体实施例中，所述冷却的方式为自然降温。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的氮化碳基单原子镍纳米材料，包括氮化碳和掺杂在所述氮化碳中的单原子镍。
在本发明中，所述氮化碳和单原子镍的质量比优选为100：(0.1～5)，更优选为100：(0.2～1.5)，最优选为100：(0.6～1.2)。
本发明还提供了上述技术方案所述的氮化碳基单原子镍纳米材料在催化降解有机废水领域中的应用。
在本发明中，所述应用包括以下步骤：
将所述氮化碳基单原子镍纳米材料和有机废水混合后，加入过硫酸盐溶液，进行降解。
在本发明中，所述有机废水中的有机污染物的浓度优选为0.1～40mg/L。在本发明中，所述有机废水的pH值优选为3～10，即所述氮化碳基单原子镍纳米材料在对有机污染物进行降解时有较好的环境适应性，在pH＝3～10的范围内均具有很好的降解去除效果，且受温度影响很小，稳定性强。
在本发明中，所述有机污染物优选包括罗丹明B、甲基橙、亚甲基蓝、四环素、金霉素、土霉素、布洛芬、阿特拉津、苯酚、双酚A和对硝基酚中的一种或几种。
在本发明中，所述氮化碳基单原子镍纳米材料和有机废水的用量比优选为(0.1～2)g：1L，更优选为(0.5～1.5)g：1L，最优选为(0.8～1.2)g：1L。
在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的转速没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的转速进行即可。在本发明中，所述搅拌的时间优选≥10min。在本发明中，所述搅拌的时间能够保证所述氮化碳基单原子镍纳米材料与有机污染物之间达到吸附平衡。
在本发明中，所述过硫酸盐溶液优选为过一硫酸盐溶液；本发明对所述过一硫酸盐溶液的浓度和种类没有任何特殊的限定，能够保证使加入所述过一硫酸盐溶液后得到的混合液中过一硫酸盐的浓度≥10mM即可。所述混合液中过一硫酸盐的浓度更优选为10～15mM。在本发明中的具体实施例中，所述过一硫酸盐为过硫酸钾。
在本发明中，所述降解优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的转速没有任何特殊的限定，按本领域技术人员熟知的转速进行即可。在本发明中，所述搅拌的时间优选≥20min，更优选为20min。
在本发明中，在所述降解过程，氮化碳基单原子镍纳米材料与过一硫酸盐在污水中联用时，主要产生的活性物种为单线态氧(1O2)，可在负载的水质环境下降解有机污染物。
下面结合实施例对本发明提供的氮化碳基单原子镍纳米材料及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将20g尿素和0.1g硝酸镍混合研磨成粉至混合均匀，得到混合粉体；
将所述混合粉体置于马弗炉中进行焙烧，所述焙烧的过程为以5℃/min的升温速率升至450℃后，保持4h，自然降温，得到所述氮化碳基单原子镍纳米材料(记为SNi-C3N4-1，氮化碳和掺杂在所述氮化碳中的单原子镍，所述氮化碳和单原子镍的质量比为100:0.2)；
对所述SNi-C3N4-1进行BET测试，测试结果为：所述SNi-C3N4-1的表面积为96m2/g，具有很高的比表面积。
实施例2
将20g尿素和0.2g硝酸镍混合研磨成粉至混合均匀，得到混合粉体；
将所述混合粉体置于马弗炉中进行焙烧，所述焙烧的过程为以5℃/min的升温速率升至450℃后，保持4h，自然降温，得到所述氮化碳基单原子镍纳米材料(记为SNi-C3N4-2，氮化碳和掺杂在所述氮化碳中的单原子镍，所述氮化碳和单原子镍的质量比为100:0.6)；
对所述SNi-C3N4-3进行BET测试，测试结果为：所述SNi-C3N4-3的表面积为108m2/g，具有很高的比表面积。
实施例3
将20g尿素和0.3g硝酸镍混合研磨成粉至混合均匀，得到混合粉体；
将所述混合粉体置于马弗炉中进行焙烧，所述焙烧的过程为以5℃/min的升温速率升至450℃后，保持4h，自然降温，得到所述氮化碳基单原子镍纳米材料(记为SNi-C3N4-3，氮化碳和掺杂在所述氮化碳中的单原子镍，所述氮化碳和单原子镍的质量比为100:1)；
图1为所述SNi-C3N4-3的SEM图，由图1可知，SNi-C3N4-3具有褶皱状多孔团簇结构；对所述SNi-C3N4-3进行进一步的BET测试，所述SNi-C3N4-3的表面积为112m2/g，具有很高的比表面积；
图2为所述SNi-C3N4-3的球差HAADF-STEM图，由图2可以很好的观察到单个Ni原子对应的亮点，显示了Ni在SNi-C3N4-3中的原子分散；
图4为所述SNi-C3N4-3的XPS图，由图4可知，所述SNi-C3N4-3主要是由C和N以及极少含量的Ni组成，未检测到其他杂质。
实施例4
将20g尿素和0.4g硝酸镍混合研磨成粉至混合均匀，得到混合粉体；
将所述混合粉体置于马弗炉中进行焙烧，所述焙烧的过程为以5℃/min的升温速率升至450℃后，保持4h，自然降温，得到所述氮化碳基单原子镍纳米材料(记为SNi-C3N4-4，氮化碳和掺杂在所述氮化碳中的单原子镍，所述氮化碳和单原子镍的质量比为100:1.5)；
对所述SNi-C3N4-4进行BET测试，测试结果为：所述SNi-C3N4-4的表面积为89m2/g，具有很高的比表面积。
对比例1
将20g尿素研磨成粉后置于马弗炉中进行焙烧，所述焙烧的过程为以5℃/min的升温速率升至450℃后，保持4h，自然降温，得到所述氮化碳材料(记为C3N4)；
图3为实施例1～4所述氮化碳基单原子镍纳米材料和对比例1所述氮化碳材料的XRD图，由图3可知，实施例1～4所述氮化碳基单原子镍纳米材料中没有Ni晶体的特征峰，说明氮化碳基单原子镍纳米材料中不含Ni纳米颗粒，进一步说明Ni原子以单原子的形式分散在所述氮化碳基单原子镍纳米材料中。
应用例1
分别将0.1g实施例1～4所述氮化碳基单原子镍纳米材料加入50mL有机废水(有机污染物的浓度为2mg/L)中，连续搅拌10min以上至达到吸附平衡后，加入0.5mL浓度为0.002mol/L的过硫酸钾溶液，进行降解，在不同的时间点取样测试有机污染物的浓度。
对比应用例1
将0.1g对比例1所述氮化碳材料加入50mL有机废水(有机污染物的浓度为2mg/L)中，连续搅拌10min以上至达到吸附平衡后，加入0.5mL浓度为0.002mol/L的过硫酸钾溶液，进行降解，在不同的时间点取样测试有机污染物的浓度。
对比应用例2
直接在50mL有机废水(有机污染物的浓度为2mg/L)中加入0.5mL浓度为0.002mol/L的过硫酸钾溶液，进行降解，在不同的时间点取样测试有机污染物的浓度。
图5为应用例1和对比应用例1～2的降解有机污染物的示意图，由图5可知，对比应用例1～2的降解效果都没有应用例1降解有机污染物的效果明显，说明本发明所获得氮化碳基单原子镍纳米材料均具有优异的催化活化PMS降解有机污染物的性能，在20min内可以降解98％以上的有机物；
图6为应用例1中添加实施例3所述氮化碳基单原子镍纳米材料(SNi-C3N4-3)活化过硫酸钾降解有机物的EPR图，由图6可知，所述SNi-C3N4-3催化活化过硫酸钾的反应体系的主要活性物种为单线态氧(1O2)；
图7为应用例1中添加实施例1所述氮化碳基单原子镍纳米材料在不同pH值条件下催化活化过硫酸钾降解有机污染物的示意图，由图7可知，所述氮化碳基单原子镍纳米材料具有非常好的环境适应性，在pH＝3～10的酸碱范围内对有机污染物的降解有非常好的效果，20min内的去除效率均接近100％；
图8为应用例1中添加实施例2所述氮化碳基单原子镍纳米材料在不同水温下催化活化过硫酸钾降解有机污染物的示意图，由图8可知，所述氮化碳基单原子镍纳米材料的催化性能受温度影响很小，20min内的去除效率均接近100％，有很好的稳定性；
图9为应用例1中添加实施例3所述氮化碳基单原子镍纳米材料在不同水质下催化活化过硫酸钾降解有机污染物的示意图，由图9可知，所述氮化碳基单原子镍纳米材料具有良好的环境适应性，在不同水质条件下催化性能受影响程度较小，20min内的去除效率均接近100％；
图10为应用例1中添加实施例4所述氮化碳基单原子镍纳米材料催化活化过硫酸钾降解不同有机污染物的示意图，由图10可知，所述氮化碳基单原子镍纳米材料催化活化过硫酸钾可降解种类繁多的有机污染物，20min内去除效率均大于90％，适用性广，应用潜力巨大。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种氮化碳基单原子镍纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将有机碳氮源和镍源混合，得到混合粉体；
将所述混合粉体进行焙烧，得到所述氮化碳基单原子镍纳米材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机碳氮源包括尿素、二氰二胺、三聚氰胺和硫脲中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镍源包括硝酸镍、氯化镍、碳酸镍、草酸镍和乙酰丙酮镍中的一种或几种。
4.如权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述有机碳氮源和镍源的摩尔比为100：(0.1～5)。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧在空气气氛中进行；
所述焙烧的温度为400～500℃，时间为1～10h。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，升温至所述焙烧的温度的升温速率≤10℃/min。
7.权利要求1～6任一项所述的制备方法制备得到的氮化碳基单原子镍纳米材料，其特征在于，包括氮化碳和掺杂在所述氮化碳中的单原子镍。
8.如权利要求7所述的氮化碳基单原子镍纳米材料，其特征在于，所述氮化碳和单原子镍的质量比为100:(0.1～5)。
9.权利要求7或8所述的氮化碳基单原子镍纳米材料在催化降解有机废水领域中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：
将所述氮化碳基单原子镍纳米材料和有机废水混合后，加入过硫酸盐溶液，进行降解。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210836149.8A CN115007192A (zh) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | 一种氮化碳基单原子镍纳米材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210836149.8A CN115007192A (zh) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | 一种氮化碳基单原子镍纳米材料及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115007192A true CN115007192A (zh) | 2022-09-06 |
Family
ID=83080403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210836149.8A Pending CN115007192A (zh) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | 一种氮化碳基单原子镍纳米材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115007192A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115672370A (zh) * | 2022-10-25 | 2023-02-03 | 哈尔滨工业大学 | 一种用于可见光催化降解水中微污染物的管状氮化碳的制备方法 |
| CN115869980A (zh) * | 2022-11-01 | 2023-03-31 | 同济大学 | 一种用于过硫酸盐废水处理体系的单原子催化膜及其制备和应用 |
| CN115999612A (zh) * | 2023-01-18 | 2023-04-25 | 常州大学 | 榔头珊瑚状Bi2S3/Ni/g-C3N4三元复合材料的制备方法及复合材料的应用 |
| CN116154200A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-05-23 | 郑州大学 | 一种多金属原子负载的氮化碳催化剂及其应用 |
| CN116328814A (zh) * | 2023-03-29 | 2023-06-27 | 淮阴师范学院 | 一种易分离的镍、硼掺杂氮化碳催化剂及其制备方法 |
| CN116154200B (zh) * | 2022-12-30 | 2024-05-31 | 郑州佛光发电设备股份有限公司 | 一种多金属原子负载的氮化碳催化剂及其应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109420514A (zh) * | 2017-08-21 | 2019-03-05 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种镍单活性位点石墨相氮化碳基光催化材料及其制备方法和应用 |
| CN112473717A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-03-12 | 江南大学 | 一种镍单原子/功能化石墨相氮化碳复合催化剂 |
| CN113083346A (zh) * | 2021-04-07 | 2021-07-09 | 中国石油大学(华东) | 一种简单制备金属单原子高效分解过氧化氢催化剂的方法 |
| CN113457713A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-10-01 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 一种氮化碳基单原子催化剂的制备方法及其产品和应用 |
| CN113600170A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-11-05 | 西安理工大学 | 一种过渡金属单原子活性催化剂及其制备方法和应用 |
| CN114534759A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-05-27 | 湖南大学 | 单原子钴负载管状氮化碳催化剂及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-07-15 CN CN202210836149.8A patent/CN115007192A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109420514A (zh) * | 2017-08-21 | 2019-03-05 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种镍单活性位点石墨相氮化碳基光催化材料及其制备方法和应用 |
| CN112473717A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-03-12 | 江南大学 | 一种镍单原子/功能化石墨相氮化碳复合催化剂 |
| CN113083346A (zh) * | 2021-04-07 | 2021-07-09 | 中国石油大学(华东) | 一种简单制备金属单原子高效分解过氧化氢催化剂的方法 |
| CN113457713A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-10-01 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 一种氮化碳基单原子催化剂的制备方法及其产品和应用 |
| CN113600170A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-11-05 | 西安理工大学 | 一种过渡金属单原子活性催化剂及其制备方法和应用 |
| CN114534759A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-05-27 | 湖南大学 | 单原子钴负载管状氮化碳催化剂及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| XIAOMING PENG ET AL: "Activation of peroxymonosulfate by single-atom Fe-g-C3N4 catalysts for high efficiency degradation of tetracycline via nonradical pathways: Role of high-valent iron-oxo species and Fe–Nx sites", 《CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL》, pages 1 - 13 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115672370A (zh) * | 2022-10-25 | 2023-02-03 | 哈尔滨工业大学 | 一种用于可见光催化降解水中微污染物的管状氮化碳的制备方法 |
| CN115869980A (zh) * | 2022-11-01 | 2023-03-31 | 同济大学 | 一种用于过硫酸盐废水处理体系的单原子催化膜及其制备和应用 |
| CN116154200A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-05-23 | 郑州大学 | 一种多金属原子负载的氮化碳催化剂及其应用 |
| CN116154200B (zh) * | 2022-12-30 | 2024-05-31 | 郑州佛光发电设备股份有限公司 | 一种多金属原子负载的氮化碳催化剂及其应用 |
| CN115999612A (zh) * | 2023-01-18 | 2023-04-25 | 常州大学 | 榔头珊瑚状Bi2S3/Ni/g-C3N4三元复合材料的制备方法及复合材料的应用 |
| CN115999612B (zh) * | 2023-01-18 | 2023-12-12 | 常州大学 | 榔头珊瑚状Bi2S3/Ni/g-C3N4三元复合材料的制备方法及复合材料的应用 |
| CN116328814A (zh) * | 2023-03-29 | 2023-06-27 | 淮阴师范学院 | 一种易分离的镍、硼掺杂氮化碳催化剂及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN115007192A (zh) | 一种氮化碳基单原子镍纳米材料及其制备方法和应用 | |
| US11090641B2 (en) | CoFe2O4-WTRs composite magnetic catalyst, preparation method and application thereof | |
| EP0329626B1 (en) | Platinum catalyst and process for preparing the same | |
| EP0330627B1 (en) | Process for alloying metals on supports | |
| CN109647413B (zh) | 催化过硫酸盐处理有机废水的负载型金属催化剂及其制备 | |
| CN108745397A (zh) | 一种过渡金属掺杂氮化碳/wo3的复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN1232504C (zh) | 生产丙烯腈的方法、其中所用的催化剂及其制备方法 | |
| CN109772465B (zh) | 一种水溶性碳点改性钙钛矿型催化材料的制备方法 | |
| CN109985654B (zh) | 一种碱金属离子修饰的氮化碳催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN105597767B (zh) | 一种低温等离子体法制备钙钛矿型脱硝催化剂的方法 | |
| CN109762614B (zh) | 一种用于甲烷催化燃烧的四氧化三钴催化剂及制备及应用 | |
| CN107597143A (zh) | 一种金属纳米颗粒均匀嵌入介孔碳球内部结构的电催化剂的可控制备方法 | |
| CN111905751B (zh) | 一种利用高温淬火改性LaCoO3-δ材料催化降解水体中苯酚的方法 | |
| CN112619682A (zh) | 一种双金属氧化物量子点和氮化碳纳米片的复合材料和制备方法及其应用 | |
| CN114669299B (zh) | 一种介孔碳负载铜铁双金属催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN110711579B (zh) | 一种分解臭氧的银锰催化剂、其制备方法及用途 | |
| CN108855170B (zh) | 一种康乃馨样石墨烯基铋系纳米复合材料的制备方法及纳米复合材料 | |
| CN111804300B (zh) | 用于有机废水深度处理的臭氧氧化催化剂及其制备方法 | |
| CN101982239B (zh) | 一种催化燃烧用复合金属氧化物催化剂的制备方法 | |
| CN114832848B (zh) | 一种催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN111939910A (zh) | 铁掺杂氧化铝材料制备方法以及在光催化选择性氧化硫化氢上的应用 | |
| CN111229200A (zh) | 一种氧化铋改性Ti3+自掺杂TiO2异质结光催化剂的制备方法 | |
| CN111450854A (zh) | 一种高效纳米光芬顿催化剂及制备方法 | |
| CN109482210B (zh) | 磷酸银/硫化铋/氧化铋双z型光催化剂及其制备方法 | |
| CN113244929B (zh) | 铁铋氧化物Bi2Fe4O9的制备方法及在有机废水处理中的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |