CN116273113A - 单分散金属M负载石墨相氮化碳材料M/g-C3N4H的制备方法及其应用 - Google Patents

单分散金属M负载石墨相氮化碳材料M/g-C3N4H的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于纳米复合材料制备和应用领域，具体提供一种单分散金属M负载石墨相氮化碳材料M/g‑C3N4H的制备方法。金属为Ni、Co或Fe，制备方法包括以双氰胺为前驱体，先在一锅煅烧下负载金属M形成M‑氮配体，后在氢气气氛中进行还原。本发明的M/g‑C3N4H纳米材料金属原子分散性好，这进一步提高了其催化性能；使用少量的过硫酸氢钾作为助推剂在可使整个类芬顿体系的催化效率大大提升；本发明的制备方法简单，整个制备过程条件温和、易控制，是一种有效的能够提高氮化碳材料降解效率的方法；(4)本发明的合成原料成本低廉，不会产生二次污染，可重复利用，稳定性好，应用条件简单。

Description

单分散金属M负载石墨相氮化碳材料M/g-C3N4H的制备方法及 其应用
技术领域
本发明属于纳米复合材料制备和应用领域，具体提供一种单分散金属M负载石墨相氮化碳材料M/g-C3N4H的制备方法及其应用。
背景技术
当今社会，人类活动的不断增加，使得环境资源不断变化，排放的污水的复杂性和难处理性不断增加，且废水对我们的生活环境所造成的影响日益严重。其中，高浓度难降解的有机废水给环境带来了很大的危害，在治理中依然存在很大的困难。目前对于染料废水的处理，采用传统的物理法、生物法和化学法等相关处理方法将难以达到要求，且常规的处理方法成本高、效果差、对材料设备要求高、有副产物生成、利用率低等缺点。
对清洁水的需求不断增长，刺激了水处理技术的创新，以修复顽固的有机污染物。涉及产生各种活性氧(ROS)的高级氧化过程在催化氧化水中持久性有机污染物方面提供了巨大的能力(Hodges B C,Cates E L,Jae-Hong K.Challenges and prospects ofadvanced oxidation water treatment processes using catalytic nanomaterials[J].Nature Nanotechnology,2018,13,8,642-650)。高级氧化技术((AOPs)是近年发展起来的备受人们关注的一种去除有机污染物的技术，高级氧化又称深度氧化。传统AOPs在水处理中的实际应用，主要基于硫酸自由基(SO4 ·-)或羟基自由基(OH·-)的生成，受到去污选择性差的严重阻碍。因此，开发高效、可负担得起的水污染处理技术至关重要，其中旨在完全破坏有害污染物的先进氧化工艺(AOPs)是不可或缺的选择。过渡金属基材料已被证明是出色的非均相过硫酸盐活化剂，可解离O-O键以产生活性自由基，开发具有成本效益、环保和高性能的催化剂仍然是一个巨大的挑战(Gao Y,Zhu Y,Li T,et al.Unraveling theHigh-Activity Origin of Single-Atom Iron Catalysts for Organic PollutantOxidation via Peroxymonosulfate Activation[J].Environmental Science andTechnology,2021,55,12,8318-8328)。
发明内容
为了提高类芬顿反应体系中更高效降解有机污染物，本发明提供一种单分散金属M负载石墨相氮化碳材料M/g-C3N4H的制备方法，通过加氢处理，将过渡金属元素引入g-C3N4制备负载型催化剂，这种方法不仅增加了活性位的数量，过渡金属元素M与g-C3N4结构单元上的氮元素形成M-N4(或M-N3)配合结构，使得金属呈现高分散或者单原子分布状态，加氢处理过程改变了过渡金属元素原有的物理化学环境，高价金属的数量增加，进一步提高了金属的高分散性。其生产过程简单，适应性强。目前，以M/g-C3N4材料在类芬顿反应中如此高效率降解有机污染物的方法还未见报道。
为了实现上述目的，具体采用的技术方案为：
单分散金属M(M＝Ni、Co、Fe)负载石墨相氮化碳材料的制备方法，包括以双氰胺为前驱体，先在一锅煅烧下负载金属M形成M-氮配体，后在氢气气氛中进行还原，得到金属原子更加分散的结构，使催化等综合能力有更大提升。
具体包括如下步骤：
(1)将质量比为1:40～200的金属前驱体和双氰胺(不可替换为尿素，因为本发明所采用的金属前驱体是一种配位配合物，由于范德华力较弱，可以在双氰胺中原子分散，形成的配合物结构。而尿素在此合成条件下极易升华，很难得到金属掺杂的石墨相氮化碳材料)溶于去离子水并均匀分散至金属前驱体更好地在双氰胺中形成原子分散(在超声机中超声使其均匀分散，后在常温条件下搅拌10～12h)，干燥(干燥温度优选60℃)后氮气氛围加热(具体的，转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氮气保护中加热，升温速率5℃/min，经过大约70min温度达到300～350℃保持2～3h，后经过大约1h温度达到500～650℃，恒温3～4h)，先在300～350℃热解，再在500～650℃热解，分别形成了单分散的金属M、石墨氮化碳(M-Melem和M/g-C3N4)，冷却后研磨(一般100目左右)得掺金属石墨相氮化碳M/g-C3N4。
(2)M/g-C3N4在氢气氛围中于400～500℃高温处理2～3h，得到粉末状固体产物，将产物命名为M/g-C3N4H。
进一步的，步骤(1)中所述的金属前驱体为乙酰丙酮镍、乙酰丙酮钴或乙酰丙酮铁中的一种。
上述M/g-C3N4H复合材料用于PMS高效类芬顿反应降解有机污染物。
具体的，有机污染物为罗丹明B、双酚A、四环素、苯酚中的任意一种或多种。
与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)本发明的M/g-C3N4H纳米材料金属原子分散性好，这进一步提高了其催化性能；(2)使用少量的过硫酸氢钾作为助推剂在可使整个类芬顿体系的催化效率大大提升；(3)本发明的制备方法简单，整个制备过程条件温和、易控制，是一种有效的能够提高氮化碳材料降解效率的方法；(4)本发明的合成原料成本低廉，不会产生二次污染，可重复利用，稳定性好，应用条件简单。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的Ni/g-C3N4H材料制备示意图。
图2为本发明实施例1制备的Ni/g-C3N4H材料SEM示意图。
图3为本发明实施例1制备的Ni/g-C3N4H材料XRD示意图。
图4为本发明实施例2制备的Co/g-C3N4H材料SEM示意图。
图5为本发明实施例2制备的Co/g-C3N4H材料XRD示意图。
图6为本发明实施例3制备的Fe/g-C3N4H材料SEM示意图。
图7为本发明实施例3制备的Fe/g-C3N4H材料XRD示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但本发明并不是只局限于以下实施例。
实施例1
(1)称取4g双氰胺和0.1g乙酰丙酮镍置于250mL烧杯中，并加入120mL去离子水。在超声机中超声使其均匀分散，后在常温条件下搅拌10h。搅拌结束后在60℃条件下干燥36h。干燥后转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氮气保护中加热，升温速率5℃/min，经过大约70min温度达到350℃保持3h，后经过大约1h温度达到650℃，恒温3h。将自然冷却后得到的块状固体产物研磨至100目，将所得的掺镍石墨相氮化碳命名Ni/g-C3N4。
(2)取1g的Ni/g-C3N4转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氢气氛围中500℃下进行煅烧2h。得到粉末状固体产物，将产物命名为Ni/g-C3N4H。
对Ni/g-C3N4H进行催化降解罗丹明B检测，具体检测方法为：
催化降解罗丹明B：将上述复合材料称取20mg，加入30.9mg过硫酸氢钾，再投入50mL的10mg/L的罗丹明B溶液中，在搅拌条件下，催化降解罗丹明B得到降解曲线。
通过测试，该Ni/g-C3N4H在2min内罗丹明B的降解率为96.29％，10min内罗丹明B的降解率为99.24％。
实施例2
(1)称取4g双氰胺和0.1g乙酰丙酮钴置于250mL烧杯中，并加入120mL去离子水。在超声机中超声使其均匀分散，后在常温条件下搅拌10h。搅拌结束后在60℃条件下干燥36h。干燥后转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氮气保护中加热，升温速率5℃/min，经过大约70min温度达到350℃保持3h，后经过大约1h温度达到650℃，恒温3h。将自然冷却后得到的块状固体产物研磨至100目，将所得的掺钴石墨相氮化碳命名Co/g-C3N4。
(2)取1g的Co/g-C3N4转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氢气氛围中500℃下进行煅烧2h。得到粉末状固体产物，将产物命名为Co/g-C3N4H。
对Co/g-C3N4H进行催化降解罗丹明B检测，具体检测方法为：
催化降解罗丹明B：将上述复合材料称取20mg，加入30.9mg过硫酸氢钾，再投入50mL的10mg/L的罗丹明B溶液中，在搅拌条件下，催化降解罗丹明B得到降解曲线。
通过测试，该Co/g-C3N4H在2min内罗丹明B的降解率为99.68％。
实施例3
(1)称取4g双氰胺和0.1g乙酰丙酮铁置于250mL烧杯中，并加入120mL去离子水。在超声机中超声使其均匀分散，后在常温条件下搅拌10h。搅拌结束后在60℃条件下干燥36h。干燥后转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氮气保护中加热，升温速率5℃/min，经过大约70min温度达到350℃保持3h，后经过大约1h温度达到650℃，恒温3h。将自然冷却后得到的块状固体产物研磨至100目，将所得的掺铁石墨相氮化碳命名Fe/g-C3N4。
(2)取1g的Fe/g-C3N4转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氢气氛围中500℃下进行煅烧2h。得到粉末状固体产物，将产物命名为Fe/g-C3N4H。
对Fe/g-C3N4H进行催化降解罗丹明B检测，具体检测方法为：
催化降解罗丹明B：将上述复合材料称取20mg，加入30.9mg过硫酸氢钾，再投入50mL的10mg/L的罗丹明B溶液中，在搅拌条件下，催化降解罗丹明B得到降解曲线。
通过测试，该Fe/g-C3N4H在2min内罗丹明B的降解率为99.49％。
实施例4
(1)称取4g双氰胺和0.1g乙酰丙酮镍置于250mL烧杯中，并加入120mL去离子水。在超声机中超声使其均匀分散，后在常温条件下搅拌10h。搅拌结束后在60℃条件下干燥36h。干燥后转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氮气保护中加热，升温速率5℃/min，经过大约70min温度达到350℃保持3h，后经过大约1h温度达到650℃，恒温3h。将自然冷却后得到的块状固体产物研磨至100目，将所得的掺镍石墨相氮化碳命名Ni/g-C3N4。
(2)取1g的Ni/g-C3N4转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氢气氛围中450℃下进行煅烧2h。得到粉末状固体产物，将产物命名为Ni/g-C3N4H。
对Ni/g-C3N4H进行催化降解罗丹明B检测，具体检测方法为：
催化降解罗丹明B：将上述复合材料称取20mg，加入30.9mg过硫酸氢钾，再投入50mL的10mg/L的罗丹明B溶液中，在搅拌条件下，催化降解罗丹明B得到降解曲线。
通过测试，该Ni/g-C3N4H在6min内罗丹明B的降解率为95.23％，10min内罗丹明B的降解率为99.54％。
实施例5
(1)称取6g双氰胺和0.1g乙酰丙酮镍置于250mL烧杯中，并加入160mL去离子水。在超声机中超声使其均匀分散，后在常温条件下搅拌10h。搅拌结束后在60℃条件下干燥36h。干燥后转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氮气保护中加热，升温速率5℃/min，经过大约70min温度达到350℃保持3h，后经过大约1h温度达到650℃，恒温3h。将自然冷却后得到的块状固体产物研磨至100目，将所得的掺镍石墨相氮化碳命名Ni/g-C3N4。
(2)取1g的Ni/g-C3N4转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氢气氛围中450℃下进行煅烧2h。得到粉末状固体产物，将产物命名为Ni/g-C3N4H。
对Ni/g-C3N4H进行催化降解罗丹明B检测，具体检测方法为：
催化降解罗丹明B：将上述复合材料称取20mg，加入30.9mg过硫酸氢钾，再投入50mL的10mg/L的罗丹明B溶液中，在搅拌条件下，催化降解罗丹明B得到降解曲线。
通过测试，该Ni/g-C3N4H在10min内罗丹明B的降解率为46.54％，1h内罗丹明B的降解率为91.27％。
实施例6
(1)称取8.5g双氰胺和0.1g乙酰丙酮镍置于250mL烧杯中，并加入200mL去离子水。在超声机中超声使其均匀分散，后在常温条件下搅拌10h。搅拌结束后在60℃条件下干燥48h。干燥后转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氮气保护中加热，升温速率5℃/min，经过大约70min温度达到350℃保持3h，后经过大约1h温度达到650℃，恒温3h。将自然冷却后得到的块状固体产物研磨至100目，将所得的掺镍石墨相氮化碳命名Ni/g-C3N4。
(2)取1g的Ni/g-C3N4转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氢气氛围中450℃下进行煅烧2h。得到粉末状固体产物，将产物命名为Ni/g-C3N4H。
对Ni/g-C3N4H进行催化降解罗丹明B检测，具体检测方法为：
催化降解罗丹明B：将上述复合材料称取20mg，加入30.9mg过硫酸氢钾，再投入50mL的10mg/L的罗丹明B溶液中，在搅拌条件下，催化降解罗丹明B得到降解曲线。
通过测试，该Ni/g-C3N4H在10min内罗丹明B的降解率为58.78％，50min内罗丹明B的降解率为95.40％。
实施例7
(1)称取5g双氰胺和0.05g乙酰丙酮镍置于250mL烧杯中，并加入150mL去离子水。在超声机中超声使其均匀分散，后在常温条件下搅拌10h。搅拌结束后在60℃条件下干燥48h。干燥后转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氮气保护中加热，升温速率5℃/min，经过大约70min温度达到350℃保持3h，后经过大约1h温度达到650℃，恒温3h。将自然冷却后得到的块状固体产物研磨至100目，将所得的掺镍石墨相氮化碳命名Ni/g-C3N4。
(2)取1g的Ni/g-C3N4转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氢气氛围中450℃下进行煅烧2h。得到粉末状固体产物，将产物命名为Ni/g-C3N4H。
对Ni/g-C3N4H进行催化降解罗丹明B检测，具体检测方法为：
催化降解罗丹明B：将上述复合材料称取20mg，加入30.9mg过硫酸氢钾，再投入50mL的10mg/L的罗丹明B溶液中，在搅拌条件下，催化降解罗丹明B得到降解曲线。
通过测试，该Ni/g-C3N4H在10min内罗丹明B的降解率为87.83％，30min内罗丹明B的降解率为96.91％。
需要说明的是镍金属与氮化碳在热解过程中有一定的相互作用，在氢气活化后镍的分散状态，化合价等因素是影响催化活性的主要因素。
实施例8
(1)称取5g双氰胺和0.025g乙酰丙酮镍置于250mL烧杯中，并加入150mL去离子水。在超声机中超声使其均匀分散，后在常温条件下搅拌10h。搅拌结束后在60℃条件下干燥48h。干燥后转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氮气保护中加热，升温速率5℃/min，经过大约70min温度达到350℃保持3h，后经过大约1h温度达到650℃，恒温3h。将自然冷却后得到的块状固体产物研磨至100目，将所得的掺镍石墨相氮化碳命名Ni/g-C3N4。
(2)取1g的Ni/g-C3N4转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氢气氛围中450℃下进行煅烧2h。得到粉末状固体产物，将产物命名为Ni/g-C3N4H。
对Ni/g-C3N4H进行催化降解罗丹明B检测，具体检测方法为：
催化降解罗丹明B：将上述复合材料称取20mg，加入30.9mg过硫酸氢钾，再投入50mL的10mg/L的罗丹明B溶液中，在搅拌条件下，催化降解罗丹明B得到降解曲线。
通过测试，该Ni/g-C3N4H在10min内罗丹明B的降解率为54.63％，50min内罗丹明B的降解率为95.54％。
实施例9(制备方法同实施例1)
(1)称取4g双氰胺和0.1g乙酰丙酮镍置于250mL烧杯中，并加入120mL去离子水。在超声机中超声使其均匀分散，后在常温条件下搅拌10h。搅拌结束后在60℃条件下干燥36h。干燥后转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氮气保护中加热，升温速率5℃/min，经过大约70min温度达到350℃保持3h，后经过大约1h温度达到650℃，恒温3h。将自然冷却后得到的块状固体产物研磨至100目，将所得的掺镍石墨相氮化碳命名Ni/g-C3N4。
(2)取1g的Ni/g-C3N4转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氢气氛围中500℃下进行煅烧2h。得到粉末状固体产物，将产物命名为Ni/g-C3N4H。
对Ni/g-C3N4H进行催化降解苯酚检测，具体检测方法为：
催化降解苯酚：将上述复合材料称取20mg，加入30.9mg过硫酸氢钾，再投入50mL的10mg/L的苯酚溶液中，在搅拌条件下，催化降解苯酚得到降解曲线。
通过测试，该Ni/g-C3N4H在10min内苯酚的降解率为95.78％。
实施例10(制备方法同实施例2)
(1)称取4g双氰胺和0.1g乙酰丙酮钴置于250mL烧杯中，并加入120mL去离子水。在超声机中超声使其均匀分散，后在常温条件下搅拌10h。搅拌结束后在60℃条件下干燥36h。干燥后转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氮气保护中加热，升温速率5℃/min，经过大约70min温度达到350℃保持3h，后经过大约1h温度达到650℃，恒温3h。将自然冷却后得到的块状固体产物研磨至100目，将所得的掺钴石墨相氮化碳命名Co/g-C3N4。
(2)取1g的Co/g-C3N4转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氢气氛围中500℃下进行煅烧2h。得到粉末状固体产物，将产物命名为Co/g-C3N4H。
对Co/g-C3N4H进行催化降解双酚A检测，具体检测方法为：
催化降解双酚A：将上述复合材料称取20mg，加入30.9mg过硫酸氢钾，再投入50mL的10mg/L的双酚A溶液中，在搅拌条件下，催化降解双酚A得到降解曲线。
通过测试，该Co/g-C3N4H在2min内双酚A的降解率为99.29％。
实施例11(制备方法同实施例3)
(1)称取4g双氰胺和0.1g乙酰丙酮铁置于250mL烧杯中，并加入120mL去离子水。在超声机中超声使其均匀分散，后在常温条件下搅拌10h。搅拌结束后在60℃条件下干燥36h。干燥后转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氮气保护中加热，升温速率5℃/min，经过大约70min温度达到350℃保持3h，后经过大约1h温度达到650℃，恒温3h。将自然冷却后得到的块状固体产物研磨至100目，将所得的掺铁石墨相氮化碳命名Fe/g-C3N4。
(2)取1g的Fe/g-C3N4转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氢气氛围中500℃下进行煅烧2h。得到粉末状固体产物，将产物命名为Fe/g-C3N4H。
对Fe/g-C3N4H进行催化降解四环素检测，具体检测方法为：
催化降解四环素：将上述复合材料称取20mg，加入30.9mg过硫酸氢钾，再投入50mL的10mg/L的四环素溶液中，在搅拌条件下，催化降解四环素得到降解曲线。
通过测试，该Fe/g-C3N4H在20min内四环素的降解率为98.78％。
对比例1
对比例1与实施例1相比，区别在于：只进行步骤(1)且不加入金属前驱体，其它操作与实施例1的步骤(1)相同，将所得的石墨相氮化碳命名为g-C3N4。
对g-C3N4进行催化降解罗丹明B检测，具体检测方法为：
催化降解罗丹明B：将上述复合材料称取20mg，加入30.9mg过硫酸氢钾，再投入50mL的10mg/L的罗丹明B溶液中，在搅拌条件下，催化降解罗丹明B得到降解曲线。
通过测试，该g-C3N4在10min内罗丹明B的降解率为24.48％，在1h内罗丹明B的降解率为46.18％。
由上述的对比例1和实施例1，实施例2,与实施例3的测试结果可知，(1)块状氮化碳对降染料的能力是非常有限的；(2)掺杂了金属的氮化碳材料在了芬顿反应体系中可以有效地降解污染物，具有优异的降解活性。金属的掺杂在一定程度上提高了催化剂结构的稳定性。
对比例2
对比例3与实施例1相比，进行步骤(1)操作与实施例1的步骤(1)完全相同，步骤2如下：
(2)取1g的Ni/g-C3N4转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氢气氛围中420℃下进行煅烧2h。得到粉末状固体产物，将产物命名为Ni/g-C3N4H。
对Ni/g-C3N4H进行催化降解罗丹明B检测，具体检测方法为：
催化降解罗丹明B：将上述复合材料称取20mg，加入30.9mg过硫酸氢钾，再投入50mL的10mg/L的罗丹明B溶液中，在搅拌条件下，催化降解罗丹明B得到降解曲线。
通过测试，该Ni/g-C3N4H在10min内罗丹明B的降解率为88.62％，在20min
内罗丹明B的降解率为96.56％。
对比例3
对比例4与实施例1相比，进行步骤(1)操作与实施例1的步骤(1)完全相同，步骤2如下：
(2)取1g的Ni/g-C3N4转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氢气氛围中400℃下进行煅烧2h。得到粉末状固体产物，将产物命名为Ni/g-C3N4H。
对Ni/g-C3N4H进行催化降解罗丹明B检测，具体检测方法为：
催化降解罗丹明B：将上述复合材料称取20mg，加入30.9mg过硫酸氢钾，再投入50mL的10mg/L的罗丹明B溶液中，在搅拌条件下，催化降解罗丹明B得到降解曲线。
通过测试，该Ni/g-C3N4H在10min内罗丹明B的降解率为84.47％，在20min内罗丹明B的降解率为95.10％。
对比例4
对比例5与实施例1相比，进行步骤(1)操作与实施例1的步骤(1)完全相同，步骤2如下：
(2)取1g的Ni/g-C3N4转移到带盖子的坩埚中置于管式炉，在氢气氛围中350℃下进行煅烧2h。得到粉末状固体产物，将产物命名为Ni/g-C3N4H。
对Ni/g-C3N4H进行催化降解罗丹明B检测，具体检测方法为：
催化降解罗丹明B：将上述复合材料称取20mg，加入30.9mg过硫酸氢钾，再投入50mL的10mg/L的罗丹明B溶液中，在搅拌条件下，催化降解罗丹明B得到降解曲线。
通过测试，该Ni/g-C3N4H在10min内罗丹明B的降解率为43.91％，在1h内罗丹明B的降解率为93.39％。
由上述的对比例2，对比例3，对比例4和实施例1的测试结果可知，(1)不同活化温度对催化剂性能也有不同程度的影响；(2)不同还原温度下的Ni/g-C3N4H材料对染料的降解速率大不相同，虽然降解效率与还原温度呈现正相关的关系，但活化温度不宜再升高因为样品在此还原条件下超过500℃并不能稳定存在。
对比例5
对比例5与实施例1相比，区别在于：对Ni/g-C3N4H进行催化降解罗丹明B检测时不加入过硫酸氢钾，具体检测方法为：
催化降解罗丹明B：将上述复合材料称取20mg，再投入50mL的10mg/L的罗丹明B溶液中，在搅拌条件下，催化降解罗丹明B得到降解曲线。
通过测试，该Ni/g-C3N4H在10min内罗丹明B的降解率为17.30％，1h内罗丹明B的降解率为19.27％。
由上述的对比例6和实施例1的测试结果可知，类芬顿体系降解依赖于过硫酸氢钾的激发。原因是过硫酸氢钾作为类芬顿体系的一个重要助推剂，M/g-C3N4催化剂中具有高价金属，能与PMS相互作用形成一种非自由基类芬顿催化体系，可以高效降解水中的污染物。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (6)

1.一种单分散金属M负载石墨相氮化碳材料M/g-C3N4H的制备方法，其特征在于：金属M为Ni、Co或Fe，制备方法包括以双氰胺为前驱体，先在一锅煅烧下负载金属M形成M-氮配体，后在氢气气氛中进行还原。
2.根据权利要求1所述的单分散金属M负载石墨相氮化碳材料M/g-C3N4H的制备方法，其特征在于：还包括如下步骤：
(1)将质量比为1:40～200的金属前驱体和双氰胺溶于去离子水，并均匀分散至金属前驱体更好地在双氰胺中形成原子分散，干燥后氮气氛围加热，先在300～350℃热解，再在500～650℃热解，冷却后研磨得掺金属石墨相氮化碳M/g-C3N4；
(2)M/g-C3N4在氢气氛围中于400～500℃高温处理2～3h，得到粉末状的单分散金属M负载石墨相氮化碳材料M/g-C3N4H。
3.根据权利要求2所述的单分散金属M负载石墨相氮化碳材料M/g-C3N4H的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的金属前驱体为乙酰丙酮镍、乙酰丙酮钴或乙酰丙酮铁中的一种。
4.根据权利要求2所述的单分散金属M负载石墨相氮化碳材料M/g-C3N4H的制备方法，其特征在于：氮气氛围加热制度为：首先控制升温速率5℃/min，升温至300～350℃保持2～3h，后经过0.5～1.5h温度达到500～650℃，恒温3～4h。
5.根据权利要求1至4中任一项所述方法得到的单分散金属M负载石墨相氮化碳材料的应用，其特征在于：将M/g-C3N4H用于PMS高效类芬顿反应降解有机污染物。
6.根据权利要求5所述的单分散金属M负载石墨相氮化碳材料的应用，其特征在于：所述有机污染物为罗丹明B、双酚A、四环素、苯酚中的任意一种或多种。
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