本發(fā)明屬于環(huán)境保護中脫硝催化制作技術領域，具體涉及一種碳量子點修飾的鐵酸鑭/凹凸棒納米復合材料及其制備方法和應用。

背景技術：

近年來空氣污染越來越嚴重，氮氧化物作為大氣的主要污染物之一，對人類的身體健康和生活環(huán)境造成了極大的危害，如呼吸道疾病、酸雨、光化學煙霧和固體顆粒物pm2.5等，因此，氮氧化物的污染防治變得尤為迫切。

傳統(tǒng)脫硝的方法主要是選擇性催化還原法(scr)，其主要利用釩鈦催化劑，氨氣或尿素作為還原劑將氮氧化物分解為無害的氮氣，但存在低溫活性較低，且能耗較大的缺點。利用太陽光能催化降解污染物質作為新型的、具有潛力的脫硝技術，成為環(huán)境保護科學研究的一個熱點。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決光催化脫硝的技術問題，在可見光的照射下把no最大程度的轉化成n2，本發(fā)明提供了一種碳量子點修飾的鐵酸鑭/凹凸棒納米復合材料，該復合材料以碳量子點修飾凹凸棒與鐵酸鑭復合的lafeo3/atp，該復合材料的組成通式表示為：μ％cqds/lafeo3/atp，式中，μ％為碳量子點相對于鐵酸鑭/凹凸棒的質量百分比，μ＝1～5。

本發(fā)明還提供了一種上述碳量子點修飾的鐵酸鑭/凹凸棒納米復合材料的制備方法：

(1)將硝酸鑭、硝酸鐵、檸檬酸和凹凸棒加入到去離子水中攪拌充分，然后轉移到水浴鍋中，在50℃～100℃下蒸發(fā)得到濕凝膠，烘干煅燒后研磨即得lafeo3/atp納米復合材料；

(2)將步驟(1)中所得的lafeo3/atp納米復合材料浸漬于碳量子點溶液中，烘干后研磨即得到碳量子點修飾的鐵酸鑭/凹凸棒納米復合材料，

其中，碳量子點通過檸檬酸在雙氧水中水熱法制備得到，雙氧水中過氧化氫和檸檬酸的摩爾比為0.3～0.6：1，水熱法具體為160℃反應8h，

浸漬時間為15～24h，烘干溫度為60℃～100℃。

本發(fā)明還提供了一種上述碳量子點修飾的鐵酸鑭/凹凸棒納米復合材料的應用：將該復合材料作為催化劑進行光催化脫硝。

本發(fā)明的有益效果在于：

現(xiàn)有的制備工藝所得到的碳量子點往往粒徑過大，對此，本發(fā)明在檸檬酸碳源水熱過程中加入雙氧水，發(fā)現(xiàn)以此為水熱體系提供了羥基環(huán)境后，有效控制了所生成的碳量子點的粒徑小于5nm；

采用浸漬法制備得到碳量子點/鐵酸鑭/凹凸棒石納米復合材料，鈣鈦礦粒徑小，負載均勻，凹凸棒表面類分子篩的微孔結構促進對nh3的吸收，在降低了成本的同時，發(fā)揮了三者協(xié)同催化的作用；

碳量子點對可見光有良好的吸收，既可以作為電子供體也可作為電子受體，能夠使光生電子更快進行傳導，有利于催化活性的提高；

本發(fā)明充分發(fā)揮了碳量子點修飾鈣鈦礦產生的優(yōu)異光催化活性，使得nox不必借助高溫scr反應，直接在低溫下即可以還原分解，低溫活性好，同時能耗降低。

附圖說明

圖1為實施例1中原料atp、所制備的cqds、cqds/lafeo3/atp的xrd譜圖。

圖2為實施例1所制備的cqds/lafeo3/atp在5nm標尺范圍的tem照片。

圖3為實施例1所制備的cqds/lafeo3/atp在50nm標尺范圍的tem照片。

圖4(a)為對比實施例1所制備的3％cqds/lafeo3/atp中，cqd在10nm標尺范圍的tem照片；圖4(b)為實施例1所制備的3％cqds/lafeo3/atp中，cqd在10nm標尺范圍的tem照片。

圖5為實施例1原料atp、實施例1步驟(1)制備的lafeo3/atp、實施例1步驟(2)制備的3％cqds/lafeo3/atp、實施例4制備的4％cqds/lafeo3/atp、實施例5制備的5％cqds/lafeo3/atp分別對氮氧化物的轉化曲線。

具體實施方式

實施例1

碳量子點的制備：

稱取0.53g的檸檬酸溶于20ml過氧化氫濃度為0.055mol/l的雙氧水中，超聲溶解10min，得到無色溶液；將上述溶液放入100ml聚四氟乙烯反應釜，然后160℃水熱反應8h；反應結束后取出反應釜，將得到的溶液先離心，再轉移至透析袋(截留分子量mwco＝1000)二次水中透析12h，最后轉移至70℃真空干燥箱干燥，得到碳量子點顆粒cqds；

(1)將0.4012g硝酸鑭、0.4988g硝酸鐵、0.5g檸檬酸1g凹凸棒加入到100ml去離子水中攪拌充分，然后轉移到水浴鍋中，在60℃下蒸發(fā)18h得到濕凝膠，80℃烘干后以600℃(升溫速率為1℃/min)煅燒2h，研磨即得lafeo3/atp納米復合材料；

(2)將上述制備的碳量子點顆粒0.03g溶于20ml的去離子水中得到碳量子點溶液，取步驟(1)中所得的lafeo3/atp納米復合材料1g于該碳量子點溶液中室溫(25℃)下浸漬18h，80℃烘干后研磨即得到碳量子點修飾的鐵酸鑭/凹凸棒納米復合材料3％cqds/lafeo3/atp。

對本實施例所制備的碳量子點修飾的鐵酸鑭/凹凸棒納米復合材料進行x射線粉末衍射實驗，并在透射電鏡下觀察其形貌和結構，

xrd圖譜如圖1所示，復合材料的xrd中出現(xiàn)了碳量子點、鐵酸鑭和凹凸棒各自的特征衍射峰，同時結合tem照片圖2，證明了碳量子點成功負載到lafeo3/atp上面；

tem照片如圖3、圖4(b)所示，從圖中可以看出，鐵酸鑭顆粒小于10nm且與凹凸棒較為均勻地復合在一起；加入雙氧水制備出的cqds，微粒大小均勻，粒徑小于5nm，與凹凸棒較為均勻地復合在一起，與xrd的結果一致。

在光催化輔助-scr脫硝裝置的石英管中分別加入150mg的本實施例原料atp、本實施例步驟(1)制備的lafeo3/atp、本實施例步驟(2)制備的cqds/lafeo3/atp；nh3，no，o2的初始濃度分別為1000ppm，1000ppm，3％(相對于氣體總流量)，其余為氮氣，空速為25000h^-1，氣體總流量控制在100ml/min，所使用的光源為200w的氙燈(加紫外濾波片)；反應8h后用煙氣檢測儀檢測剩余no濃度，測得atp、lafeo3/atp、cqds/lafeo3/atp對no的轉化曲線如圖5所示，從圖中可以看出，atp對nox的轉化率約為20％，lafeo3/atp對no的轉化率達50％以上，而cqds/lafeo3/atp對no的轉化率達95％以上。

對比實施例1

相比于實施例1，在碳量子點的制備過程中未加入任何過氧化氫，其余操作同實施例1：

碳量子點的制備：

稱取0.53g的檸檬酸溶于20ml去離子水中，超聲溶解10min，得到無色溶液；將上述溶液放入100ml聚四氟乙烯反應釜，然后160℃水熱反應8h；反應結束后取出反應釜，將得到的溶液先離心，再轉移至透析袋(截留分子量mwco＝1000)二次水中透析12h，最后轉移至70℃真空干燥箱干燥，得到碳量子點顆粒cqds；

(1)同實施例1；

(2)同實施例1。

對本對比實施例所制備的碳量子點修飾的鐵酸鑭/凹凸棒納米復合材料在透射電鏡下觀察其形貌和結構：

tem照片如圖4(a)所示，從圖中可以看出，未加入雙氧水制備的cqds，微粒大小分布不均勻，存在粒徑明顯大于10nm的情況。

光催化輔助-scr脫硝檢測實驗同實施例1，對比實施例1中制備的cqds/lafeo3/atp對no的轉化率僅達到82％。

實施例2

(1)同實施例1；

(2)將實施例1中制備的碳量子點顆粒0.01g溶于20ml的去離子水中得到碳量子點溶液，取步驟(1)中所得的lafeo3/atp納米復合材料1g于該碳量子點溶液中室溫(25℃)下浸漬24h，100℃烘干后研磨即得到碳量子點修飾的鐵酸鑭/凹凸棒納米復合材料。

實施例3

(1)同實施例1；

(2)將實施例1中制備的碳量子點顆粒0.02g溶于20ml的去離子水中得到碳量子點溶液，取步驟(1)中所得的lafeo3/atp納米復合材料1g于該碳量子點溶液中室溫(25℃)下浸漬20h，80℃烘干后研磨即得到碳量子點修飾的鐵酸鑭/凹凸棒納米復合材料。

實施例4

(1)同實施例1；

(2)將實施例1中制備的碳量子點顆粒0.04g溶于20ml的去離子水中得到碳量子點溶液，取步驟(1)中所得的lafeo3/atp納米復合材料1g于該碳量子點溶液中室溫(25℃)下浸漬18h，80℃烘干后研磨即得到碳量子點修飾的鐵酸鑭/凹凸棒納米復合材料。

實施例5

(1)同實施例1；

(2)將實施例1中制備的碳量子點顆粒0.05g溶于20ml的去離子水中得到碳量子點溶液，取步驟(1)中所得的lafeo3/atp納米復合材料1g于該碳量子點溶液中室溫(25℃)下浸漬15h，60℃烘干后研磨即得到碳量子點修飾的鐵酸鑭/凹凸棒納米復合材料。