复合型光催化体系及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及复合型光催化体系及其制备方法和应用。所述的复合型光催化体系为，Er3+:Y3Al5O12/(MoS2/NiGa2O4)‑(BiVO4/PdS)。首先，通过溶胶‑凝胶法合成上转换发光剂Er3+:Y3Al5O12纳米颗粒；其次，通过水热法合成NiGa2O4和BiVO4，并制备Er3+:Y3Al5O12/NiGa2O4‑BiVO4；最后，负载导带助催化剂MoS2和价带助催化剂PdS，得到目标产物。本发明专利技术设计的新型光催化体系具有强的氧化还原性，并且将污染物视为一种资源，利用光催化技术在污染物去除的同时产生氢能，达到了环境治理同时产生清洁能源的双重目的。

Composite photocatalytic system, preparation method and application thereof

The invention relates to a composite photocatalytic system, a preparation method and an application thereof. The composite photocatalytic system described as: Y3Al5O12/, Er3+ (MoS2/NiGa2O4) (BiVO4/PdS). First of all, by sol gel synthesis of upconversion luminescence agent Er3+: Y3Al5O12 nano particles; secondly, through the hydrothermal synthesis of NiGa2O4 and BiVO4, and the preparation of the Er3+: Y3Al5O12/NiGa2O4 BiVO4; finally, the promoter of MoS2 valence band and conduction band supported catalyst PdS, to obtain the target product. A new photocatalytic system designed by the invention has strong oxidation resistance, and pollutants will be regarded as a resource, in the removal of pollutants by photocatalytic technology and produce hydrogen, achieve the aims of environmental governance and clean energy.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光催化领域，具体涉及复合型的光催化体系Er3+:Y3Al5O12/(MoS2/NiGa2O4)-(BiVO4/PdS)的制备及其在可见光照射下光降解有机污染物的同时制氢中的应用。
技术介绍
环境污染已经演变为社会发展进程中人类必须面对的严峻问题。在染料行业中会产生一些偶氮类染料，由于它们结构稳定，高毒性，带有吸电子基团，因此很难降解。这类难降解污染物会长期存在于环境中对生态环境和人类健康有很大的危害。然而，单独对这类难降解污染物进行降解而不利用也是资源的一种浪费。所以应该提出一个经济合理的方法来解决这个问题。事实上，难降解污染物可以作为一个可利用的资源，通过一个合适的方法既可以降解污染物又可以同时产生可再生能源，毕竟能源危机已经成为全球关注的问题。迄今为止，已经有很多的方法用来降解污染物，例如生物、理化、絮凝和吸附法，但是生物法由于需要长时间培养微生物，因而处理时间较长；其他方法只是仅仅停留在如何降解污染物层面上，没有形成一种绿色高效的有利于环境的污染物降解体系。相比较之下，光催化法拥有高效性、对废水无选择性的特点，并且半导体光催化剂化学性质稳定，氧化还原性强，使用寿命长。因此，通过光催化法，利用廉价丰富的太阳能发生氧化还原反应，实现对难降解污染物的降解及同时产生高燃烧值、燃烧产物的水和无环境污染的氢能。该方法不仅降解了污染物还提供了一种简便的产氢技术，实现了环境治理与生产清洁能源的双重目的。为了实现上述的双重目的，应选择具有强氧化还原活性的宽带隙半导体催化剂。然而可供选择的此类半导体材料非常少，并且由于宽的带隙需要非常高的能量来激发。因此如何得到一个具有强氧化还原活性的光催化体系，以实现光催化降解同时制氢，是亟待解决的问题。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术的目的是选择一个具有较负导带的催化剂与一个具有较正导带的催化剂进行复合，制备一个具有强氧化还原活性的复合型光催化体系Er3+:Y3Al5O12/(MoS2/NiGa2O4)-(BiVO4/PdS)，并实现在可见光照射下对有机污染物降解的同时制氢。本专利技术采用的技术方案是：复合型光催化体系，所述的复合型光催化体系为，Er3+:Y3Al5O12/(MoS2/NiGa2O4)-(BiVO4/PdS)。本专利技术，首先，通过溶胶-凝胶法合成上转换发光剂Er3+:Y3Al5O12纳米颗粒；其次，通过水热法合成NiGa2O4和BiVO4，并制备Er3+:Y3Al5O12/NiGa2O4-BiVO4；最后，负载导带助催化剂MoS2和价带助催化剂PdS，得到Er3+:Y3Al5O12/(MoS2/NiGa2O4)-(BiVO4/PdS)。具体步骤为：1)制备Er3+:Y3Al5O12纳米颗粒：将一定量的Er2O3和Y2O3粉末，磁力搅拌并加热保持60℃下溶解在浓硝酸中直至无色透明，得混合稀土氧化物溶液。随后将一定量的Al(NO3)3·9H2O和固体柠檬酸(柠檬酸和稀土离子的摩尔比是3:1)溶解在二次蒸馏水中，并慢慢加到上述制成的混合稀土氧化物溶液中，在50-60℃下搅拌直到溶液呈粘稠发泡胶状溶液。然后放置到烘箱中80℃下维持36h，得到凝胶。将得到的凝胶在马弗炉中先加热到500℃并维持50min，随后继续加热至1100℃并持续2.0h。最后将高温加热后的剩余物取出、冷却以及研磨后得到Er3+:Y3Al5O12纳米颗粒。2)制备NiGa2O4：金属Ga溶解在硝酸中得到Ga(NO3)3，将蒸干的Ga(NO3)3放在马弗炉中，在550℃灼烧5.0-5.5h，冷却后取出，得到Ga2O3；Ga2O3固体加入到硝酸镍溶液中，搅拌30min后，调节pH到12，然后继续搅拌30min，得到的悬浮溶液转移到反应釜中，180℃下维持48.0-49.0h，得到的沉淀物用去离子水清洗，干燥，得NiGa2O4。3)制备BiVO4：Bi(NO3)3·5H2O完全溶解在硝酸中，然后逐滴加入NH4VO3的氢氧化钠溶液，充分搅拌后，调节pH＝8，接着搅拌30min，然后转移到反应釜中，180℃维持24.0-25.0h，得到固体，清洗，干燥，得BiVO4。4)制备Er3+:Y3Al5O12/NiGa2O4：将Er3+:Y3Al5O12和NiGa2O4加入到水中，超声分散，形成悬浮液，于95-105℃下煮沸15-20min后，于300℃下煅烧2.0-2.5h，得Er3+:Y3Al5O12/NiGa2O4。优选的，按质量比，Er3+:Y3Al5O12:NiGa2O4＝3:7。5)制备Er3+:Y3Al5O12/NiGa2O4-BiVO4：将Er3+:Y3Al5O12/NiGa2O4和BiVO4加入到水中，超声分散，形成悬浮液，于95-105℃下煮沸15-20min后，于500℃下煅烧2.0-2.5h，得Er3+:Y3Al5O12/NiGa2O4-BiVO4。优选的，按摩尔比，NiGa2O4:BiVO4＝1:0.5-1.0。6)制备Er3+:Y3Al5O12/MoS2-(NiGa2O4-BiVO4)：将Er3+:Y3Al5O12/NiGa2O4-BiVO4和MoS2溶解在乙醇中，超声分散，于75-80℃下煮沸15-20min，过滤，洗涤，干燥，得Er3+:Y3Al5O12/MoS2-(NiGa2O4-BiVO4)。7)制备Er3+:Y3Al5O12/(MoS2/NiGa2O4)-(BiVO4/PdS)：将Er3+:Y3Al5O12/MoS2-(NiGa2O4-BiVO4)溶解在Na2S水溶液中，在磁力搅拌下，逐滴加入PdCl2溶液，反应5.0-6.0min，离心，洗涤，干燥，得Er3+:Y3Al5O12/(MoS2/NiGa2O4)-(BiVO4/PdS)。上述的复合型光催化体系在可见光下光降解有机污染物中的应用。方法如下：于含有有机污染物的溶液中，加入上述的复合型光催化体系，于可见光下照射1.0-8.0h。上述的复合型光催化体系在可见照射下光降解有机污染物同时制氢中的应用。方法如下：将含有有机污染物的溶液置于光催化产氢反应器中，加上述的复合型光催化体系，于可见光下照射1.0～8.0h。本专利技术的有益效果是：NiGa2O4作为光水解产氢材料有两个缺陷：一是较宽的带隙(Ebg＝3.54eV)，禁带宽度较大，使NiGa2O4不能有效利用太阳光中的可见光部分，光利用率低。利用上转换发光材料Er3+:Y3Al5O12可以将可见光转化为紫外光这一特点，可以解决NiGa2O4不能有效利用太阳光中的可见光这一弊端。另一个是NiGa2O4的氧化能力较低不适合用于污染物降解。为此需要与一个具有强氧化能力的半导体材料进行复合，BiVO4有较强的氧化能力适用在光降解污染物领域。对二者进行能级分析后，发现NiGa2O4的导带(-2.29eV)与BiVO4导带(+0.3eV)之间的能量差(2.59eV)要明显大于NiGa2O4的价带(+1.25eV)与BiVO4导带(-2.29eV)之间的能量差(0.95eV)。基于此特点，本专利技术将二者复合，NiGa2O4价带上的空穴会快速与BiVO4导带上的电子进行复合，从而保留下NiGa2O4导带上强还原性的电子与B本文档来自技高网...

【技术保护点】
复合型光催化体系，其特征在于，所述的复合型光催化体系为，Er3+:Y3Al5O12/(MoS2/NiGa2O4)‑(BiVO4/PdS)。

【技术特征摘要】
1.复合型光催化体系，其特征在于，所述的复合型光催化体系为，Er3+:Y3Al5O12/(MoS2/NiGa2O4)-(BiVO4/PdS)。2.权利要求1所述的复合型光催化体系的制备方法，其特征在于，方法如下：1)制备Er3+:Y3Al5O12/NiGa2O4：将Er3+:Y3Al5O12和NiGa2O4加入到水中，超声分散，形成悬浮液，于95-105℃下煮沸15-20min后，于300℃下煅烧2.0-2.5h，得Er3+:Y3Al5O12/NiGa2O4；2)制备Er3+:Y3Al5O12/NiGa2O4-BiVO4：将Er3+:Y3Al5O12/NiGa2O4和BiVO4加入到水中，超声分散，形成悬浮液，于95-105℃煮沸15-20min后，于500℃下煅烧2.0-2.5h，得Er3+:Y3Al5O12/NiGa2O4-BiVO4；3)制备Er3+:Y3Al5O12/MoS2-(NiGa2O4-BiVO4)：将Er3+:Y3Al5O12/NiGa2O4-BiVO4和MoS2溶解在乙醇中，超声分散，于75-80℃下煮沸15-20min，过滤，洗涤，干燥，得Er3+:Y3Al5O12/MoS2-(NiGa2O4-BiVO4)；4)制备Er3+:Y3Al5O12/(MoS2/NiGa2O4)-(BiVO4/PdS)：将Er3+:Y3Al5O12/MoS2-(NiGa2O4-BiVO4)溶解在Na2S水溶液中，在磁力搅拌下，逐滴加入PdCl2溶液，反应5.0-6.0min，离心，洗涤，干燥，得Er3+:Y3Al5O12/(MoS2/NiGa2O4)-(BiVO4/P...

【专利技术属性】
技术研发人员：张朝红，荣洋，王君，刘逸伦，孙意忱，沈曼莉，纪剑峰，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21