本發(fā)明涉及催化劑材料制備，具體為一種氮摻雜金屬氧化物材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，有機污染物，如染料以及抗生素對飲用水和生態(tài)環(huán)境造成危害，嚴重威脅著人類的正常生活和環(huán)境。

2、氮摻雜金屬氧化物最顯著的特點是利用有機聚合物形成材料骨架，在將金屬原子絡合在骨架中，形成特殊的空隙結(jié)構(gòu)，其具有吸附、催化降解特性。其與過氧化氫，碳酸鹽能高效降解染料廢水中的染料并具有優(yōu)異的循環(huán)使用性能，因此在染料廢水修復領(lǐng)域具有廣闊應用前景。目前，雖然已經(jīng)有一些關(guān)于氮摻雜介孔金屬氧化物的報道，但氮元素一般通過氣相(如氨氣熏蒸)的策略引入到介孔金屬氧化物中，導致氮元素只能摻雜在樣品的表面，不能有效的降低帶隙；其次，氮摻雜的條件一般比較苛刻(如高溫、強還原)，導致介觀結(jié)構(gòu)破壞，所得樣品一般為無孔或孔道無序。

3、因此，研發(fā)一種簡單、易行的制備氮摻雜金屬氧化物的方法顯得尤其重要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供了一種氮摻雜金屬氧化物材料及其制備方法。該氮摻雜金屬氧化物的制備方法中，制備原料來源廣泛，廉價，制備過程簡便。制備得到的氮摻雜金屬氧化物結(jié)構(gòu)多樣，在有機染料的催化降解的運用中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

2、為了實現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種氮摻雜金屬氧化物的制備方法，包括以下步驟：

4、s1：將含氮有機單體加入溶劑配成混合溶液，再向混合溶液中加入金屬鹽，待金屬鹽溶解均勻后得到金屬鹽混合溶液；向金屬鹽混合溶液中加入催化劑得到濕凝膠，對濕凝膠進行老化，并在老化過程中進行溶劑交換，去除殘留的反應物；

5、s2：將s1最后所得凝膠經(jīng)冷凍干燥得干凝膠；

6、s3：將s2得到的干凝膠在氮氣氣氛下進行高溫燒結(jié)，最終得到氮摻雜金屬氧化物。

7、作為本申請中一種較好的實施方式，在所述的一種氮摻雜金屬氧化物的制備方法的s1步驟中，所述的含氮有機單體為殼聚糖。

8、作為本申請中一種較好的實施方式，在所述的一種氮摻雜金屬氧化物的制備方法的s1步驟中，所述的溶劑為乙酸、甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜和n,n-二甲基甲酰胺中的任意一種。當所述溶劑為乙酸時，需將乙酸調(diào)整濃度為2wt％。其他溶劑可直接采用市售標準試劑，比如分析純。

9、作為本申請中一種較好的實施方式，在所述的一種氮摻雜金屬氧化物的制備方法的s1步驟中，所述的金屬鹽為cocl2·6h2o、cucl2·2h2o、nicl2·6h2o、mncl2·4h2o或zncl2中的任意一種或兩種。

10、作為本申請中一種較好的實施方式，在所述的一種氮摻雜金屬氧化物的制備方法的s1步驟中，所述的催化劑為1,2-環(huán)氧丙烷。

11、作為本申請中一種較好的實施方式，在所述的一種氮摻雜金屬氧化物的制備方法的s1步驟中，將含氮有機單體加入溶劑配成的溶液中，有機單體的濃度范圍為10-20g/l；有機單體與金屬鹽中金屬離子的質(zhì)量比為2：1-1：9；催化劑與溶劑的體積比為1：50-4：25。

12、作為本申請中一種較好的實施方式，在所述的一種氮摻雜金屬氧化物的制備方法的s1步驟中，老化時間為5-10d。

13、作為本申請中一種較好的實施方式，在所述的一種氮摻雜金屬氧化物的制備方法的s2步驟中，冷凍干燥的條件為：-50℃，真空10pa以下，直接其中的非結(jié)合水完全去除，通常干燥時間為3-5d。

14、作為本申請中一種較好的實施方式，在所述的一種氮摻雜金屬氧化物的制備方法的s3步驟中，所述的燒結(jié)條件為：以5-15℃min-1的升溫速率升溫至600-800℃，保溫1h～4h，自然降溫。

15、本發(fā)明的另外一個發(fā)明目的是保護采用以上任意一項所述方法或步驟組合得到的氮摻雜金屬氧化物。

16、本發(fā)明的第三個發(fā)明目的是保護所述的氮摻雜金屬氧化物的應用，該氮摻雜金屬氧化物用于制備染料廢水催化降解材料。

17、作為本申請中一種較好的實施方式，所述的氮摻雜金屬氧化物的用于染料廢水亞甲基藍、羅丹明b、甲基紫的催化降解。

18、與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

19、(一)在本制備方法中，先利用濕法凝膠法制備得到濕凝膠，再經(jīng)過冷凍干燥后在氮氣氣氛下燒結(jié)得到，制備過程簡便易行。

20、(二)本發(fā)明的氮摻雜金屬氧化物的制備方法，制備原料來源廣泛，廉價；制備時可根據(jù)含氮有機單體和不同金屬鹽，制備得到不同的氮摻雜金屬氧化物催化劑。

21、(三)本發(fā)明制備的氮摻雜金屬氧化物催化降解效果優(yōu)異。對于不同陽離子染料(亞甲基藍，羅丹明b，甲基紫等)具有良好的降解性能，降解時間短，循環(huán)使用性能好。

技術(shù)特征：

1.一種氮摻雜金屬氧化物的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮摻雜金屬氧化物的制備方法，其特征在于：s1步驟中，所述的含氮有機單體為殼聚糖；所述的溶劑為乙酸、甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜和n,n-二甲基甲酰胺中的任意一種；所述的金屬鹽為cocl2·6h2o、cucl2·2h2o、nicl2·6h2o、mncl2·4h2o或zncl2中的任意一種或兩種的混合物；所述的催化劑為1,2-環(huán)氧丙烷。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氮摻雜金屬氧化物的制備方法，其特征在于：當所述溶劑為乙酸時，乙酸的濃度為2wt％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮摻雜金屬氧化物的制備方法，其特征在于：s1步驟中，配成的混合溶液中，有機單體的濃度為10-20g/l；有機單體與金屬鹽中金屬離子的質(zhì)量比為2：1-1：9；催化劑與溶劑的體積比為1：50-4：25。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮摻雜金屬氧化物的制備方法，其特征在于：s1步驟中，濕凝膠進行老化時間為5-10d。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的一種氮摻雜金屬氧化物的制備方法，其特征在于，s2步驟中，冷凍干燥的條件為：-50℃，真空為10pa以下，干燥時間為3-5d。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種氮摻雜金屬氧化物的制備方法，其特征在于，s3步驟中，所述的高溫燒結(jié)條件為：以5-15℃min-1的升溫速率升溫至600-800℃，保溫1h～4h，自然降溫。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項所述方法得到的氮摻雜金屬氧化物。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氮摻雜金屬氧化物的應用，其特征在于：該氮摻雜金屬氧化物用于制備染料廢水催化降解材料。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氮摻雜金屬氧化物的應用，其特征在于：所述的染料廢水為亞甲基藍、羅丹明b、甲基紫。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及催化劑材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種氮摻雜金屬氧化物材料及其制備方法。該方法包括以下步驟：S1：將含氮有機單體加入溶劑配成混合溶液，再加入金屬鹽，待金屬鹽溶解均勻后加入催化劑得到濕凝膠，然后進行老化，溶劑交換；S2：將所得凝膠經(jīng)冷凍干燥得干凝膠；S3：將干凝膠進行高溫燒結(jié)，最終得到氮摻雜金屬氧化物。本發(fā)明利用含氮有機物和不同金屬鹽，可制備不同結(jié)構(gòu)的材料。并且該方法成本低，過程簡便，制作原料多樣，并且在有機染料的催化降解的運用中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

技術(shù)研發(fā)人員：劉小林,王艷,艾玉勇,陳擘威,江躍勇
受保護的技術(shù)使用者：綿陽師范學院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10