Co3O4纳米管/g-C3N4纳米片复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及一种复合材料及其制备方法和应用，具体涉及一种co3o4纳米管/g-c3n4纳米片复合材料及其制备方法和作为光热协同催化剂在催化降解工业烟气中的no中的应用，属于光热协同催化。

背景技术：

1、控制氮氧化物的排放是我国目前进行大气治理的主要工作之一。光热协同催化结合了光催化和热催化技术，弥补了光催化和热催化各自的缺点，在低温范围光照条件下可以有效启动激活催化剂并产生协同效应获得比光催化和热催化更好的催化活性，是一种很有前途的新型催化方法。

2、作为光催化领域的热门材料，石墨相氮化碳(g-c3n4)具有热稳定性和化学稳定性优秀、可见光谱范围内即可激发的窄带隙、光电性能优秀和制作工艺简单等优势，是构建光热协同催化材料的理想选择。co3o4作为一种p型半导体，带隙为1.2～2.1ev，具有较高的光催化性能和良好的热催化性能，co3o4与g-c3n4的能带位置适合搭建异质结，co3o4与g-c3n4结合可以有效提升光生载流子的分离效率，产生光热协同效应，提升催化活性。借鉴水污染处理中引入o3、h2o2、pms等进行高级氧化的处理工艺，可以在光热协同处理中引入h2o2等物质作为自由基供应源，挖掘光热协同处理的潜能，以期在高浓度污染物的处理中达到更好的处理效果。

3、光热协同工艺的应用场景与目前主流脱硝工艺scr工艺中的低温scr脱硝工艺应用场景相契合，将光热协同工艺置于整套烟气处理系统尾端，具有便于设备改造升级、催化剂不易中毒等优势，相比于低温scr工艺，光热协同工艺具有受烟气中水蒸气与二氧化硫的影响小、可以在100℃左右的低温烟气环境中有效启动等优势，将co3o4/g-c3n4复合材料在光热协同效应下激发h2o2去除工业烟气中高浓度的no，具有研究价值与研究意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有良好的催化效率和稳定性、能够催化降解工业烟气中的no的co3o4纳米管/g-c3n4纳米片复合材料，以及一种以低成本原料、通过简单的操作就可以制备得到该co3o4纳米管/g-c3n4纳米片复合材料的方法。

2、为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

3、一种制备co3o4纳米管/g-c3n4纳米片复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、(1)在氮气或空气氛围下，通过煅烧氮化碳前驱体制备得到g-c3n4；

5、(2)在氮气或空气氛围下，通过热剥离法将g-c3n4进一步剥离为g-c3n4纳米片；

6、(3)以g-c3n4纳米片、钴盐和沉淀剂为原料，以水或水与有机溶剂的混合液为反应溶剂，磁力搅拌后于水热反应釜中进行水热反应，反应结束后洗涤并干燥反应产物；

7、(4)在氮气或空气氛围下，煅烧水热反应产物，煅烧结束后冷却产物，得到co3o4纳米管/g-c3n4纳米片复合材料。

8、优选的，在步骤(1)中，所述氮化碳前驱体包括三聚氰胺、尿素、双氰胺和硫脲；煅烧温度为500～600℃，煅烧时间为2～4h。

9、优选的，在步骤(2)中，煅烧温度为450～550℃，煅烧时间为2～4h。

10、优选的，在步骤(3)中，所述钴盐包括六水合硝酸钴、草酸钴、硫酸钴和氯化钴；所述沉淀剂包括尿素和氟化铵；水热反应温度为60～300℃，反应时间为6～24h。

11、优选的，在步骤(4)中，煅烧温度为200～350℃，煅烧时间为1～3h。

12、一种co3o4纳米管/g-c3n4纳米片复合材料，其特征在于，由前面任意一项所述方法制备得到。

13、本发明的有益之处在于：

14、(1)本发明提供的制备co3o4纳米管/g-c3n4纳米片复合材料的方法，简单，易操作；原料成本低，便于推广应用；

15、(2)本发明制备得到的co3o4纳米管/g-c3n4纳米片复合材料，co3o4与g-c3n4的能带位置适合搭建异质结，co3o4与g-c3n4结合可以有效提升光生载流子的分离效率，所以催化活性更高；

16、(3)用本发明制备得到的co3o4纳米管/g-c3n4纳米片复合材料催化降解工业烟气中的no，在光热协同活化h2o2条件下，no去除率最低可达90％以上、最高可达100％，长时间运行使用后，催化性能仍然很稳定，并展现出了不同烟气环境下的良好催化效率与稳定性。

技术特征：

1.一种制备co3o4纳米管/g-c3n4纳米片复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述氮化碳前驱体包括三聚氰胺、尿素、双氰胺和硫脲。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，煅烧温度为500～600℃，煅烧时间为2～4h。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，煅烧温度为450～550℃，煅烧时间为2～4h。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述钴盐包括六水合硝酸钴、草酸钴、硫酸钴和氯化钴；所述沉淀剂包括尿素和氟化铵。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，水热反应温度为60～300℃，反应时间为6～24h。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，煅烧温度为200～350℃，煅烧时间为1～3h。

8.一种co3o4纳米管/g-c3n4纳米片复合材料，其特征在于，由权利要求1至7任意一项所述方法制备得到。

9.权利要求8所述的co3o4纳米管/g-c3n4纳米片复合材料作为光热协同催化剂在催化降解工业烟气中的no中的应用。

技术总结
本发明公开了一种Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;纳米管/g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;纳米片复合材料及其制备方法和应用，属于光热协同催化技术领域。其中，该复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)煅烧氮化碳前驱体制备得到g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;；(2)通过热剥离法将g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;剥离为g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;纳米片；(3)以g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;纳米片、钴盐和沉淀剂为原料，进行水热反应，洗涤并干燥反应产物；(4)煅烧水热反应产物，冷却得到复合材料。本发明的有益之处在于：1、制备方法简单易操作，原料成本低；2、制备得到的复合材料在光热协同活化H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;条件下，NO去除率可达90～100％，长时间运行使用后催化性能仍然很稳定，并展现出了不同烟气环境下的良好催化效率与稳定性。

技术研发人员：杨宏旺,朱浩,唐晓亮,曲毅,丁宇,王翠辉,王玥,樊桦
受保护的技术使用者：兰州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13