一种降解水中微污染物的磁性CDs-MoS2-Fe3O4光催化材料的绿色合成方法技术

本发明专利技术公开了一种降解水中微污染物的磁性CDs‑MoS2‑Fe3O4光催化材料的绿色合成方法。该方法包括以下步骤：（1）将MoS2和葡萄糖混合研磨均匀，然后加入水，继续研磨均匀后，洗涤，再分散、离心，收集上清液后加水，得二硫化钼纳米片溶液；（2）将MoS2纳米片溶液离心并收集沉淀物，再溶解在乙二醇中，然后加入FeCl3•6H2O和NaAc反应，冷却后用磁铁分离，再洗涤，干燥，得磁性CDs‑MoS2‑Fe3O4光催化材料。本发明专利技术的CDs‑MoS2‑Fe3O4光催化材料不仅具有高的光催化效率，而且能进行磁性回收重复利用，解决了目前饮用水源中微污染有机物的催化降解光催化剂的制备和回收难题。

A Green Synthesis Method of Magnetic CDs-MoS2-Fe3O4 Photocatalytic Materials for Degrading Micro-pollutants in Water

The invention discloses a green synthesis method of magnetic CDs MoS2 Fe3O4 photocatalytic material for degrading micro-pollutants in water. The method comprises the following steps: (1) grinding MoS2 and glucose evenly, then adding water, grinding evenly, washing, dispersing and centrifuging, collecting supernatant and adding water, then obtaining molybdenum disulfide nanosheet solution; (2) centrifuging MoS2 nanosheet solution and collecting precipitate, then dissolving in ethylene glycol, then adding FeCl3 #6H_2O and NaAc to react, cooling and using magnetic field. Magnetic CDs MoS2 Fe3O4 photocatalytic materials were prepared by separating iron, washing and drying. The CDs MoS2 Fe3O4 photocatalytic material of the invention not only has high photocatalytic efficiency, but also can be used for magnetic recovery and reuse, thus solving the problem of preparation and recovery of photocatalyst for photocatalytic degradation of slightly polluted organic matter in drinking water source.

【技术实现步骤摘要】
一种降解水中微污染物的磁性CDs-MoS2-Fe3O4光催化材料的绿色合成方法
本专利技术属于纳米催化剂制备领域，具体涉及一种降解水中微污染物的磁性CDs-MoS2-Fe3O4光催化材料的绿色合成方法。
技术介绍
由于现行自来水厂的出水稳定性降低，原水中检测出的微量有机物种类增加，许多饮用水的水源已经呈现微污染特征。有机染料广泛应用于纺织，塑料和化妆品等行业。由于其毒性和抗生物降解性，工业中应用的染料会导致水源的污染。传统的微污染物去除技术主要包括物理法、化学法和生物法，它们不仅不能使污染物得到彻底的矿化，而且还存在着会产生二次污染、处理成本高以及选择性差等缺点。近年来，由于光催化降解在提高效率和降低成本方面的优势而受到广泛的研究。光催化技术几乎可以催化降解所有对人体和环境有害的部分无机物质和有机物质包括顽固的氯化芳烃在内，该技术不仅充分利用了自然界丰富的资源，比如太阳光的使用，既不浪费资源，也不会造成二次污染，而且提高了反应速度。目前，用于光催化降解的光催化剂主要是含有过渡金属化合物作半导体或新型改性复合材料，即单一光催化剂和复合光催化剂。单一类型催化剂主要有TiO2，ZnO，Cds，WO3等。复合光催化剂则有金属/半导体，金属掺杂半导体，多种半导体复合，过渡金属络合物等类型。半导体光催化剂的带隙激发所需的光源，带隙尺寸和能量的不同导致光催化活性的差异。一些窄带半导体光催化剂虽然与可见光反应，但由于其自身的光学不稳定性和化学不稳定性而不能用作良好的光催化剂或单独使用效果较差。例如，氧化铁引起阳极的轻微腐蚀反应，光催化活性不高；ZnO在水中不稳定，在颗粒表面形成Zn(OH)2；金属硫化物在水溶液或光照下变得不稳定，会产生阳极腐蚀反应等。所以，制备合成简便，性能优异且可回收性的强的光催化剂仍然是一个难题。近年研究表明，二硫化钼（MoS2）有望替代硅成为新一代的半导体材料。作为一种过渡金属二硫化物中最具代表性的材料，MoS2由于其优异的电子，光学和催化性质而在许多领域引起了极大的兴趣。更重要的是，MoS2是一种理想的可见光响应的光催化剂，它能更充分地利用太阳光。当剥离成一个或有限数量的层时，二维的MoS2由于间接带隙转变为直接带隙而使光催化性能得到提升。化学剥离和溶剂热合成是制备MoS2纳米片的常用方法。然而在实际的应用中，MoS2纳米片很容易由于堆积导致其活性边缘暴露更多的惰性基面，导致催化活性的下降和丧失。另外，如果没有适当的修饰，粉末状纳米材料将受到颗粒聚集的影响，使其光学，电子和催化性能降低，这阻碍了它在光催化降解中的潜在应用。因此，一些策略致力于用活性生物分子修饰MoS2或用MoS2重新组装复合物以形成异质结构复合物。然而，由于复杂的步骤和制备工艺，大多数方法都受限于专门设备或有毒溶剂，这些溶剂不可持续且对环境不友好。另外，许多研究表明，碳量子点（CDs）可以作为光生电子的受体或供体，有极高的光催化潜能。与传统的半导体量子点相比，CDs不仅具有无毒性且易于合成，而且还具有独特的光学性质，生物相容性，化学惰性以及在极性溶剂中的良好溶解性。此外，CDs具有利用长波长和能量转换的上转换发光能力，这使得基于CDs的光催化剂能够利用可见光辐射进行催化。然而，单纯的CDs的循环利用需要在反应后进行额外的分离步骤，这阻碍了它们在实际应用中的潜力。由此，利用CDs修饰MoS2能同时提升MoS2的抗聚集能力以及CDs的重复利用性能，有机会发挥其协同能力使其光催化降解性能得到大幅度提升。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术的目的是提供一种磁性CDs-MoS2-Fe3O4光催化材料及其合成方法与应用于降解微污染物。本专利技术的目的通过以下技术方案实现。一种光降解饮用水中微污染物的磁性CDs-MoS2-Fe3O4的绿色合成方法，包括以下步骤：（1）二硫化钼纳米片溶液的制备：将MoS2和葡萄糖混合研磨均匀，然后加入水，继续研磨均匀后，用水进行洗涤，再分散于水中并离心分离，收集上清液后加水，得MoS2纳米片溶液；（2）CDs-MoS2-Fe3O4的制备：将步骤（1）得到的MoS2纳米片溶液离心并收集沉淀物，再重新溶解在乙二醇中，然后在搅拌下加入FeCl3·6H2O和NaAc，继续搅拌均匀后，将混合物转移到反应釜中反应，待自然冷却至室温，用磁铁分离，再用水洗涤以除去杂质，并干燥，得磁性CDs-MoS2-Fe3O4光催化材料。优选的，步骤（1）中，MoS2和葡萄糖的质量比例为1:9-1:17。优选的，步骤（1）中，MoS2和葡萄糖的加量分别为100-200mg和1.2-1.8g，蒸馏水的添加量为0.6mL。优选的，步骤（1）中，所述洗涤的次数是3次。优选的，步骤（1）中，所述离心分离的条件为2000-3000rpm离心20min。优选的，步骤（1）中，所得二硫化钼纳米片溶液保存于4℃备用。优选的，步骤（2）中，所述离心的条件为12000rpm离心30分钟。优选的，步骤（2）中，MoS2纳米片溶液、FeCl3·6H2O和NaAc的质量比例为1:5:3.3。优选的，步骤（2）中，FeCl3·6H2O和NaAc的剂量分别为0.1g和0.66g。优选的，步骤（2）中，所述反应的时间为12小时。优选的，步骤（2）中，所述干燥是60℃真空干燥。本专利技术基于饮用水源的微污染有机物的情况，专利技术一种有机污染物的降解磁性CDs-MoS2-Fe3O4光催化材料，主要针对二硫化钼因易聚集导致催化活性降低和碳量子点不易回收的问题，利用葡萄糖辅助研磨来剥离和修饰MoS2，通过在MoS2表面上使葡萄糖原位脱水来快速制备CDs修饰的CDs-MoS2-Fe3O4纳米复合物。这种简单的方法可以方便地合成片层的MoS2纳米片，并可以使葡萄糖在MoS2表面形成具有强结合力的羰基官能化CDs，产生高效协同-共催化作用。此外，Fe3O4的引入不仅提供了光催化剂的有效磁分离和再循环，而且由于与MoS2形成异质结构而进一步促进了光催化活性。此方法制备的CDs-MoS2-Fe3O4纳米复合物不仅具有高的光催化效率，而且能进行磁性回收重复利用，解决了目前饮用水源中微污染有机物的催化降解光催化剂的制备和回收难题。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：（1）本专利技术这种简单的方法可以方便地合成MoS2纳米片，并通过溶剂热方法，一锅法快速制备多层次结构的CDs-MoS2-Fe3O4纳米复合物，无需多步操作。（2）本专利技术制备的材料以MoS2纳米片作为载体，将CDs和Fe3O4同时复合，达到了重复回收利用目的，解决了CDs回收繁琐困难的问题。（3）MoS2在可见光范围内的强吸收效率以及CDs和Fe3O4的协同作用，进一步提升了其光催化降解性能。（4）本专利技术制备的光催化材料具有极好的催化活性，在仅仅25μg/ml的材料添加量下，对于饮用水中亚甲基蓝的降解率高达96.8％。（5）本专利技术制备的光催化材料通过磁力分离表现出优异的可重复使用性，在4次的重复回收利用后，其对于饮用水中亚甲基蓝的降解效率仍能达到94.5%。附图说明图1a、图1b分别是实施例1和实施例2中MoS2纳米片的扫描电镜图。图2a、图2b、图2c分别是实施例3、实施例4和实施例5中CDs-MoS2-Fe3O4的扫描电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降解水中微污染物的磁性CDs‑MoS2‑Fe3O4光催化材料的绿色合成方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）二硫化钼纳米片溶液的制备：将MoS2和葡萄糖混合研磨均匀，然后加入水，继续研磨均匀后，用水进行洗涤，再分散于水中并离心分离，收集上清液后加水，得MoS2纳米片溶液；（2）CDs‑MoS2‑Fe3O4的制备：将步骤（1）得到的MoS2纳米片溶液离心并收集沉淀物，再重新溶解在乙二醇中，然后在搅拌下加入FeCl3·6H2O和NaAc，继续搅拌均匀后，将混合物转移到反应釜中反应，待自然冷却至室温，用磁铁分离，再用水洗涤以除去杂质，并干燥，得磁性CDs‑MoS2‑Fe3O4光催化材料。

【技术特征摘要】
1.一种降解水中微污染物的磁性CDs-MoS2-Fe3O4光催化材料的绿色合成方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）二硫化钼纳米片溶液的制备：将MoS2和葡萄糖混合研磨均匀，然后加入水，继续研磨均匀后，用水进行洗涤，再分散于水中并离心分离，收集上清液后加水，得MoS2纳米片溶液；（2）CDs-MoS2-Fe3O4的制备：将步骤（1）得到的MoS2纳米片溶液离心并收集沉淀物，再重新溶解在乙二醇中，然后在搅拌下加入FeCl3·6H2O和NaAc，继续搅拌均匀后，将混合物转移到反应釜中反应，待自然冷却至室温，用磁铁分离，再用水洗涤以除去杂质，并干燥，得磁性CDs-MoS2-Fe3O4光催化材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，MoS2和葡萄糖的质量比例为1:9-1:17。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖凯军，谌凯，朱良，陈险峰，陈俊岭，
申请(专利权)人：华南理工大学，广东骏丰频谱股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44