一种二维光催化材料及其制备方法、以及其应用方法技术

本发明专利技术公开了一种二维光催化材料及其制备方法、以及其应用方法，其中制备方法包括：将Ti3C2粉末置于乙醇溶液中，充分分散后对溶液进行离心，取上层悬浮液备用；将钼酸钠和硫脲溶解到Ti3C2乙醇溶液的悬浮液中，搅拌均匀并充分分散，得到混合溶液；将混合溶液进行加热至预定温度持续反应数小时，得到反应产物；将反应产物进行干燥、研磨、过滤，得到二维光催化材料MoS2/Ti3C2。本发明专利技术的制备方法制得的复合光催化材料MoS2/Ti3C2是由MoS2与Ti3C2复合而成，两种二维材料复合增加了材料的比表面积，形成的异质结结构大大提高了复合材料的光催化活性，从而得到在可见光下能够高效降解亚硝胺消毒副产物前体物的MoS2/Ti3C2复合材料。

A two-dimensional photocatalytic material and its preparation method and application method

【技术实现步骤摘要】
一种二维光催化材料及其制备方法、以及其应用方法
本专利技术涉及光催化降解技术，尤其涉及一种二维光催化材料及其制备方法、以及其应用方法。
技术介绍
近年来随着人们生活水平的提高，人们对饮用水水质的关注度有了很大的提升。自然水厂的出水往往需要经过氯或氯胺化消毒处理，然而，饮用水中的一些天然有机物会与消毒剂反应生成有害于人体健康的消毒副产物，其中比较有代表性的是亚硝基二甲胺(NDMA)，因其高致癌、致畸性而引起广泛的关注。亚硝胺消毒副产物一旦产生，极难被去除，所以亚硝胺控制要从前体物的控制着手。其中比较典型的亚硝胺前体物是雷尼替丁，它是目前已知前体物中最容易生成NDMA的前体物。近年来，利用半导体光催化技术降解污染物的研究逐渐增多。半导体光催化净化技术因其节能高效、绿色环保的优点，成为了一种新兴的环境净化技术。迄今为止，半导体光催化剂已成功地应用于多个领域，包括光催化降解有机染料、太阳能电池、光解水制氢等。二维纳米材料因其独特的层状结构并表现出来独特的物理性质和化学性质，从而引起了研究者的极大兴趣。尤其在光催化领域中，二维材料具有独特的结构、较大的比表面积、较好的晶体结晶性及丰富的活性位点，增强载流子的分离率等优点，在有机染料的光催化降解等领域显示出了优异的性能。目前常见的二维光催化剂材料主要有：二维金属氧化物片层、金属硫化物纳米片、碳氮化物及过渡金属碳氮化物等。二硫化钼(MoS2)，作为一种新型的二维结构材料，具有与石墨烯类似的结构。合适的禁带宽度能够保证MoS2在可见光范围的光催化性能(可见光约占太阳光总能量的46％)。然而，纯的MoS2的光生电子空穴对的复合率高，光催化性能较低，这些因素抑制了其在光催化领域的应用。在金属碳氮化物中，MXenes作为一种近年来新兴的二维层状材料，具有与石墨烯类似的独特的层状结构及良好的亲水性等特点，已经在有机染料的光催化降解领域中有所应用。经过多次的尝试研究，在2011年，德雷塞尔大学的MichaelNaguib等研究者利用HF酸作为刻蚀剂，成功将MAX相中最具代表性的Ti3AlC2中的Al腐蚀掉，得到了一种二维层状Ti3C2Tx(T为-F、-OH官能团)，因其有着类似于石墨烯的二维结构，且是由MAX相剥离而来，故将其命名为MXene。到目前为止，已知的MAX相材料有七十多种，最常见的一种是Ti3AlC2。二维层状MXenes家族已经用于治理环境污染领域的研究中。其中，Ti3C2作为是一种新型的二维层状结构材料，具有良好的亲水性，环境友好性及化学稳定性等特点，已经应用在了吸附和降解有机染料的应用中。然而，将二维层状结构的Ti3C2材料作为光催化剂，用于降解亚硝胺消毒副产物前体物的研究至今尚未见报道，尤其是将其与其他二维材料复合，并用于可见光下的催化降解行为，至今未有研究。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
为解决光催化技术在水处理应用中对太阳光的利用率低，对水环境中存在的新兴污染物(PPCPs)催化降解效果不佳、无法矿化等技术瓶颈，本专利技术提出一种在可见光区域可以高效降解消毒副产物前体物的新型二维复合光催化材料及其制备方法、及其在可见光下对亚硝胺消毒副产物前体物的降解应用。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术公开了一种二维光催化材料的制备方法，包括以下步骤：S1：将Ti3C2粉末置于乙醇溶液中，充分分散后对溶液进行离心，取上层悬浮液备用；S2：将钼酸钠和硫脲溶解到步骤S1得到的Ti3C2乙醇溶液的悬浮液中，搅拌均匀并充分分散，得到混合溶液；S3：将步骤S2得到的混合溶液进行加热至预定温度持续反应数小时，得到反应产物；S5：将反应产物进行干燥、研磨、过滤，得到二维光催化材料MoS2/Ti3C2。优选地，所述制备方法还包括：在步骤S3和步骤S5之间还包括步骤S4：将步骤S3得到的反应产物用去离子水和乙醇经离心、洗涤多遍；进一步地，步骤S4中的离心步骤的速率为8000～11000r/min，离心时间为10～30min。优选地，步骤S1中的乙醇溶液的质量浓度为5～20％；进一步地，步骤S1中将Ti3C2粉末置于乙醇溶液中具体按照得到的Ti3C2乙醇溶液的浓度为0.5～2mg/ml来加入Ti3C2粉末。优选地，步骤S1中的离心步骤的速率为7000～9000r/min，离心时间为10～30min；步骤S2中的搅拌步骤采用磁力搅拌0.5～2h；进一步地，步骤S1和步骤S2中的分散步骤分别采用超声分散，其中步骤S1中的超声分散的使用功率为50～200W，时间为0.5～3h；步骤S2中的超声分散的使用功率为100～300W，时间为0.5～3h。优选地，步骤S2中按照Ti3C2的质量占MoS2和Ti3C2总质量的5～20％来将预定质量的钼酸钠和硫脲溶解到步骤S1得到的预定体积的Ti3C2乙醇溶液的悬浮液中；进一步地，步骤S2中钼酸钠和硫脲的物质的量之比为1:3～1:10。优选地，步骤S3中加热步骤中加热至180～220℃，反应12～36h。优选地，步骤S5中的干燥步骤的温度为60～90℃，干燥时间为8～18h，过滤步骤具体采用200～400目的筛网过滤3次以上。本专利技术还公开了一种二维光催化材料，采用上述的制备方法制得。本专利技术还公开了一种上述的二维光催化材料的应用方法，将所述二维光催化材料应用于光催化降解含亚硝胺消毒副产物前体物。优选地，所述应用方法具体包括：将所述二维光催化材料置于含亚硝胺消毒副产物前体物的水溶液中，并在LED灯下进行光照反应；进一步地，含消毒副产物前体物的水溶液的浓度为5～20mg/L，LED灯的光照强度为10～50mW/cm2，光照反应时间为0.5～2h。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术制备二维光催化材料MoS2/Ti3C2的制备方法采用水热法，简单易行，成本低，合成条件温和，有利于大规模推广。(2)本专利技术制得的复合光催化材料MoS2/Ti3C2是由MoS2与Ti3C2复合而成，两种二维材料复合增加了材料的比表面积，形成的异质结结构大大提高了复合材料的光催化活性，该复合光催化材料在可见光区具有较强的光吸收特性，能够高效利用自然光，在可见光区域催化分解新兴污染物(PPCPs)，解决现有光催化剂对可见光利用率不高的问题。(3)本专利技术制得的二维光催化材料MoS2/Ti3C2，能够在可见光区域催化分解雷尼替丁等PPCPs，并能达到有效的矿化，1小时内的矿化率可达到41.81～73.58％，解决现有光催化剂对高浓度(10mg/L)PPCPs降解效率低、矿化率低等问题。(4)本专利技术制得的二维光催化材料MoS2/Ti3C2中的Ti3C2具有良好的亲水性，环境友好性及化学稳定性等特点，将MoS2与Ti3C2复合，可以利用Ti3C2较大的表面积为MoS2生长提供基底，而MoS2可变带隙的半导体特性也能修饰Ti3C2，二者形成的p-n异质结结构能增强材料的光催化活性，提高污染物的降解性能。(5)本专利技术制得的二维光催化材料MoS2/Ti3C2在可见光下对雷尼替丁等PPC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将Ti3C2粉末置于乙醇溶液中，充分分散后对溶液进行离心，取上层悬浮液备用；S2：将钼酸钠和硫脲溶解到步骤S1得到的Ti3C2乙醇溶液的悬浮液中，搅拌均匀并充分分散，得到混合溶液；S3：将步骤S2得到的混合溶液进行加热至预定温度持续反应数小时，得到反应产物；S5：将反应产物进行干燥、研磨、过滤，得到二维光催化材料MoS2/Ti3C2。

【技术特征摘要】
1.一种二维光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将Ti3C2粉末置于乙醇溶液中，充分分散后对溶液进行离心，取上层悬浮液备用；S2：将钼酸钠和硫脲溶解到步骤S1得到的Ti3C2乙醇溶液的悬浮液中，搅拌均匀并充分分散，得到混合溶液；S3：将步骤S2得到的混合溶液进行加热至预定温度持续反应数小时，得到反应产物；S5：将反应产物进行干燥、研磨、过滤，得到二维光催化材料MoS2/Ti3C2。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：在步骤S3和步骤S5之间还包括步骤S4：将步骤S3得到的反应产物用去离子水和乙醇经离心、洗涤多遍；进一步地，步骤S4中的离心步骤的速率为8000～11000r/min，离心时间为10～30min。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中的乙醇溶液的质量浓度为5～20％；进一步地，步骤S1中将Ti3C2粉末置于乙醇溶液中具体按照得到的Ti3C2乙醇溶液的浓度为0.5～2mg/ml来加入Ti3C2粉末。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中的离心步骤的速率为7000～9000r/min，离心时间为10～30min；步骤S2中的搅拌步骤采用磁力搅拌0.5～2h；进一步地，步骤S1和步骤S2中的分散步骤分别采用超声分散，其中步骤S1中的超声分散...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正华，邹雪，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44