一种光催化用CdS@SnS制造技术

本发明专利技术公开了一种光催化用CdS@SnS2复合材料及其制备方法和应用，属于无机材料合成技术领域。本发明专利技术的光催化用CdS@SnS

【技术实现步骤摘要】
一种光催化用CdS@SnS2复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于无机材料合成
，具体涉及一种CdS@SnS2复合材料及其简便制备方法和该复合材料作为催化剂在光还原污染水质中Cr(VI)的应用。
技术介绍
水作为“生命之源”，与人类的身体健康息息相关。然而近年来，鞣革、冶金、油漆和纺织等工业所排放的重金属离子导致环境水质持续恶化，其中Cr(VI)毒性较强，长时间饮用可能会诱发癌症、皮炎、肝损害和溃疡等疾病而受到科研工作者的广泛关注。世界卫生组织(WHO)规定，饮用水中Cr(VI)的最大允许浓度为0.05mg/L，因此采用高效便捷的方法测定并处理环境水样中的Cr(VI)具有较大的理论和实际意义。当前，对含Cr(VI)废水的主要处理方法是将其还原为低毒的Cr(III)或氢氧化铬(Cr(OH)3)沉淀去除。与传统的Cr(VI)处理技术，如吸附、膜过滤和化学沉淀等方法相比，光催化还原Cr(VI)具有能耗低、成本低、去除效率高和环境友好等优点，被认为是一种绿色高效的水处理方法。光催化领域的核心问题是催化剂的选择，然而，大多数金属氧化物(例如TiO2，Ta2O5和ZrO2)的带隙较宽，只能吸收紫外线和近紫外线，导致光催化效率和表观量子产率降低；金属氮化物(如Ta3N5和Ge3N4)的合成往往需要在高温及在有毒的NH3条件下进行；与此相比，许多的金属硫化物半导体(如CuInS2、PbS)因其带隙窄，可见光利用率高，而在还原Cr(VI)方面得到了广泛的研究，但是这些材料组成中包含有毒或昂贵的元素，易造成环境二次污染。SnS2因其原料丰富、成本低、无毒、带隙窄(～2.1ev)以及能对可见光响应等特点，发展成为一种极具研究价值的Cr(VI)光催化剂，但SnS2本身存在电子空穴对易于复合、光催化稳定性差以及太阳能光谱吸收不足，反应活性不高等问题，从而极大地限制了其实际应用中的可能。为了进一步提高SnS2的反应活性以及光能利用率，中国专利申请号为201910306838.6的申请案公开了一种具有可见光响应的层状贴合的球形硫化锌/二硫化锡核壳异质结光催化剂的方法，该申请案以SnS2为内核，ZnS为外壳通过溶剂热法制备了球形复合材料，该球形ZnS/SnS2核壳异质结光催化剂具有较大的比表面积，禁带宽度较窄，从而可以在一定程度上提高催化剂的光吸收和催化活性，但其溶剂体系中使用了几种有机溶剂，污染度较高，且该复合材料在可见光下实际用于处理药物废水，通过计算废水的COD去除率来分析材料的优劣性能。
技术实现思路
1.要解决的问题本专利技术的目的在于解决目前SnS2用于重金属离子Cr(VI)还原催化时存在的易发生复合、稳定性较差以及催化效率不高的问题，提供了一种光催化用CdS@SnS2复合材料及其制备方法和应用。采用本专利技术的技术方案能够有效抑制SnS2纳米材料的载流子复合，提高其光电转换效率，充分发挥出协同作用，改善原有的单一材料在重金属离子Cr(VI)还原成Cr(III)的反应中的光催化效果，提高催化效率，增强稳定性。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：其一，本专利技术的一种光催化用CdS@SnS2复合材料，该复合材料为由CdS与SnS2复合而成的核壳结构，其中CdS作为内核并呈纳米棒状结构，SnS2包覆于CdS的表面并呈纳米花样薄片结构。更进一步的，该复合材料的直径为90-110nm，长度为0.8-1.2μm。更进一步的，所述CdS的直径为15-30nm，SnS2原位生长于CdS的表面，且两种组分之间存在明显分界线，双组份分界线所呈现出的明暗条纹之间呈60°夹角。其二，本专利技术的光催化用CdS@SnS2复合材料的制备方法，将纳米棒状CdS、SnCl4·5H2O与硫代乙酰胺置于溶剂中混合均匀并置于高压反应釜中进行反应，使SnS2纳米片在CdS纳米棒上原位生长，即形成具有核壳结构的二元异质结复合材料CdS@SnS2。更进一步的，所述纳米棒状CdS的制备工艺为：将CdCl2·2.5H2O和CH4N2S依次加入乙二胺中，搅拌混合均匀，并于高压反应釜内于150～170℃恒温反应36～60h，反应结束后经洗涤、干燥处理即得CdS纳米棒样品。更进一步的，所述CdCl2·2.5H2O与CH4N2S的摩尔比为1:2.5～3.5，干燥处理温度为50～80℃，时间为10～15h。更进一步的，所述CdS纳米棒的添加量为SnCl4·5H2O质量的0.4～0.9，硫代乙酰胺的添加量为SnCl4·5H2O摩尔量的2.5～4倍。更进一步的，所述反应温度为150～180℃，反应时间为10～15h。更进一步的，所述反应溶剂采用乙醇，先将CdS纳米棒加入到乙醇中超声分散均匀，然后向其中加入SnCl4·5H2O和硫代乙酰胺并超声分散均匀。其三，本专利技术制备所得CdS@SnS2异质结复合材料作为光催化剂在还原水相中Cr(VI)的应用。3.有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术的一种光催化用CdS@SnS2复合材料，该复合材料为由CdS与SnS2复合而成的核壳结构，通过CdS与SnS2的复合协同作用，从而可以有效提高SnS2的反应活性以及光能利用率，克服了SnS2存在的因其本身存在电子空穴对易于复合、光催化稳定性差以及太阳能光谱吸收不足的缺陷。(2)本专利技术的一种光催化用CdS@SnS2复合材料，其中CdS作为内核并呈纳米棒状结构，SnS2包覆于CdS的表面并呈纳米花样薄片结构，且两种组分之间存在明显分界线，该种结构形态的复合材料有利于进一步充分发挥SnS2与CdS之间的协同作用，促进SnS2对Cr(VI)的吸附，快速还原污染水质中的Cr(VI)，从而降低环境污染。(3)本专利技术的光催化用CdS@SnS2复合材料的制备方法，以纳米棒状CdS和SnCl4·5H2O作为反应原料，并严格控制反应工艺参数，如纳米棒状CdS的添加量以及反应温度和反应时间，从而可以使SnCl4·5H2O原位生长于纳米棒状CdS的表面并呈纳米花样薄片结构，从而大大增加了复合材料的比表面积，提高了活性位点，同时降低了电子空穴湮灭率，因而有利于增强光电转换效率，当SnS2吸附邻近的Cr(IV)，太阳光照射复合纳米材料表面，核壳表面SnS2活性位点激发，光催化还原吸附在其表面的Cr(IV)，将其降解为低毒性的Cr(III)。(4)本专利技术的光催化用CdS@SnS2复合材料的制备方法，该制备工艺较简单，原材料价廉且用量较少，成本低，同时反应条件较温和，有利于节能减耗。(5)利用成本低、容易制备的CdS与无毒、带隙较窄的SnS2复合后构筑异质结材料，有效增强了SnS2的分散性，改善了其电子传递特性，降低了电荷空穴复合率，显著提高了光催化活性。将该复合材料用于光催化还原Cr(IV)时，降解速率明显高于单一材料，优化了材料，且更加绿色环保。(6)本专利技术的复合材料用于光催化还原Cr(IV)的稳定性较好，且复合材料经过稀盐酸再生后，拥有较好的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光催化用CdS@SnS

【技术特征摘要】
1.一种光催化用CdS@SnS2复合材料，其特征在于：该复合材料为由CdS与SnS2复合而成的核壳结构，其中CdS作为内核并呈纳米棒状结构，SnS2包覆于CdS的表面并呈纳米花样薄片结构。


2.根据权利要求1所述的一种光催化用CdS@SnS2复合材料，其特征在于：该复合材料的直径为90-110nm，长度为0.8-1.2μm。


3.根据权利要求1所述的一种光催化用CdS@SnS2复合材料，其特征在于：所述CdS的直径为15-30nm，SnS2原位生长于CdS的表面，且两种组分之间存在明显分界线，双组份分界线所呈现出的明暗条纹之间呈60°夹角。


4.一种如权利要求1-3中任一项所述的光催化用CdS@SnS2复合材料的制备方法，其特征在于：将纳米棒状CdS、SnCl4·5H2O与硫代乙酰胺置于溶剂中混合均匀并置于高压反应釜中进行反应，使SnS2纳米片在CdS纳米棒上原位生长，即形成具有核壳结构的二元异质结复合材料CdS@SnS2。


5.根据权利要求4所述的光催化用CdS@SnS2复合材料的制备方法，其特征在于，所述纳米棒状CdS的制备工艺为：将CdCl2·2.5H2O和CH4N2S依次加入乙二胺中，搅拌混合均匀，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴芳辉，李红，魏先文，程源晟，文国强，查习文，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34