一种降解废水中染料的可见光催化剂、其制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种降解水中染料的可见光催化剂、其制备方法及应用。可见光催化剂是以片层状的石墨相碳化氮为主体，在其上负载铁钼氧化物，以石墨相碳化氮的质量为基础，铁钼氧化物的质量分数为10％～40％。其制备方法是先制备出片层状的石墨相碳化氮，然后在石墨相碳化氮上掺杂金属氧化物

【技术实现步骤摘要】
一种降解废水中染料的可见光催化剂、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种降解水中染料的可见光催化剂、其制备方法及应用，属于光催化


技术介绍

[0002]当前，现有水资源严重短缺，特别是水质性短缺严重。因此，为了缓解淡水资源日益匮乏的状况，对海水资源的利用是有效的手段之一。但是，随着社会的发展，生活污水，工业污水和农业污水的种类和排放量日益增加，污水中无机重金属离子，农药，有机染料等有害物质对环境产生了极其严重的影响。其中，染料污水是比较棘手的一项水污染。如果染料污水未经处理进入河流，不仅会对水体中的植物，动物和微生物的生活条件造成威胁，从而造成水体的恶化。也使得对海水的利用产生了严重困扰。目前，对于此类污水的处理方法主要有物理化学法和微生物法。由于染料污水的颜色深，毒性强，难降解等特征，光催化技术以其稳定，高效，成本低以及无二次污染的优势拥有巨大的应用价值。
[0003]在各类污水中，罗丹明B(RhB)是一种典型的具有严重危害性的氧杂蒽碱性染料。而降解RhB染料的主要方法包括超声波化学法，芬顿试剂降解法和光催化技术等。但现有技术的整个的降解过程比较复杂，操作不简便，有的降解需要的催化剂较多，降解过程耗时较长。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]为了解决现有技术中存在的制备过程复杂，降解耗时较长等缺陷，本专利技术提供一种降解废水中染料的可见光催化剂。
[0006](二)技术方案
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0008]一种降解废水中染料的可见光催化剂，其以片层状的石墨相碳化氮为主体，在其上负载铁钼氧化物，二者形成异质结结构，以石墨相碳化氮的质量为基础，铁钼氧化物的质量分数为石墨相碳化氮质量的10％～40％。
[0009]如上所述的可见光催化剂，优选地，降解染料为罗丹明B。
[0010]如上所述可见光催化剂的制备方法，其包括如下步骤：
[0011]S1、将片层状石墨相碳化氮分散在超纯水中，超声使其分散均匀；
[0012]S2、钼酸铵粉末溶于超纯水中，超声使其完全溶解，得到澄清透明的溶液，再取九水合硝酸铁固体放入上述溶液中，继续超声至硝酸铁全部溶解，静置等待溶液凝固成凝胶状态；
[0013]S3、将步骤S2获得的凝胶冷冻干燥，得到黄绿色的块状固体，研磨，得到黄绿色的粉末A；
[0014]S4、将所述粉末A溶解在超纯水中，超声得到橙红色的透明溶液；
[0015]S5、将步骤S1获得的片层状石墨相碳化氮溶液加入到步骤S4获得的橙红色的透明溶液中，加入超纯水使得溶质浓度达到0.5～1g/L，超声得到均匀分散的悬浊液；将悬浊液进行水热反应，得到光催化复合材料。
[0016]如上所述的制备方法，优选地，在步骤S1中，所述片层状石墨相碳化氮的制备方法为：将三聚氰胺在温度为500～600℃下进行第一次煅烧，煅烧时间为3～5h，得到块状的石墨相碳化氮，冷却后，研磨成粉末状，继续进行第二次煅烧，第二次煅烧温度为500～550℃，煅烧时间为1.5h～3h，得到片层状的石墨相碳化氮。
[0017]进一步地，第一次煅烧的温度优选为550℃，煅烧时间优选为4h；
[0018]所述第二次煅烧的温度优选为530℃，煅烧时间优选为2h。
[0019]如上所述的制备方法，优选地，在步骤S2中，所述钼酸铵粉末与九水合硝酸铁按物质的量的比为2:1～1:2进行添加；溶解在超纯水中，使钼酸铵溶质浓度达到0.1～0.5mol/L。
[0020]进一步地，所述钼酸铵粉末与九水合硝酸铁的物质的量的比优选按1:1进行。
[0021]如上所述的制备方法，优选地，在步骤S4中，所述粉末A的用量为按石墨相碳化氮和粉末A质量比10：1～10：4进行。
[0022]如上所述的制备方法，优选地，在步骤S5中，所述水热反应温度为140～170℃，水热时间为5～7h。
[0023]进一步地，水热反应温度优选为160℃，时间优选为6h。
[0024]进一步地，经大量实验表明超声的时间为使催化剂完全分散，没有肉眼可见的沉淀即可。只要催化剂完全分散，超声时间不会产生影响。
[0025]如上所述的可见光催化剂或制备方法获得的可见光催化剂在降解废水中罗丹明B中的应用。
[0026]如上所述的应用，其包括向含有罗丹明B的水溶液中加入所述可见光催化剂和过氧化氢，在波长大于等于400nm的氙灯光源照射下，搅拌，反应时间5～90min。如上所述的应用，优选地，可见光催化剂在废水中的终浓度≥6.25μg/mL，过氧化氢在废水中的终浓度为2～20mmol/L。
[0027]进一步地，所述反应时间优选为30～90min，过氧化氢的终浓度优选为10～20mmol/L。
[0028]经光催化降解实验后，铁钼氧化物质量分数为30％时，为得到的最优的光催化复合材料。
[0029](三)有益效果
[0030]本专利技术的有益效果是：
[0031]本专利技术提供的制备降解废水中染料的可见光催化剂的方法中，采用的片层状的石墨相碳化氮相比于块状的石墨相碳化氮而言，比表面积显著的增大，从而极大的提高了光催化的效率。同时，片层状的石墨相碳化氮具有较大的比表面积和较薄的厚度，可以在水溶液中均匀的分散从而提高对光的吸收率。
[0032]在石墨相碳化氮上掺杂金属氧化物
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铁钼氧化物的过程中，一方面可以在两者之间形成异质结结构，该异质结结构可以有效的提高电子和空穴的分离效率，抑制光生电子和空穴的复合，提高量子产率，从而提高复合材料的光催化效率，另一方面，由于铁元素的
存在，该氧化物可以与过氧化氢发生芬顿反应，增加羟基自由基的含量，从而提高光催化降解的效率。
[0033]本专利技术提供的可见光催化剂，其光催化降解废水中的罗丹明B可以在可见光的照射下进行，反应条件温和，原料成本低且合成简便易实现。
[0034]本专利技术提供的降解废水中染料的可见光催化剂的制备方法，弥补现有技术制备过程复杂，降解耗时较长等缺陷，提供的制备方法简单，降解操作简便，降解效率高，降解时间短，成本低，可生产出具有可见光响应性的降解废水中染料的光催化剂。
附图说明
[0035]图1为100μg/ml的块状石墨相碳化氮(C3N4)和片层状石墨相碳化氮的紫外可见吸收光谱；
[0036]图2为80mg块状石墨相碳化氮(图左)和80mg片层状石墨相碳化氮(图右)体积；
[0037]图3为负载铁钼氧化物的复合材料(FMO/C3N4)的XRD；
[0038]图4为负载铁钼氧化物的复合材料的红外吸收光谱；
[0039]图5为片状C3N4的电镜扫描图；
[0040]图6为负载铁钼氧化物的复合材料(FMO/C3N4)的电镜扫描图；
[0041]图7为实施例1中复合材料降解罗丹明B的随时间变化的紫外可见吸收曲线；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降解废水中染料的可见光催化剂，其特征在于，其以片层状的石墨相碳化氮为主体，在其上负载铁钼氧化物，二者形成异质结结构，其中，铁钼氧化物的质量分数为石墨相碳化氮质量的10％～40％。2.如权利要求1所述可见光催化剂的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1、将片层状石墨相碳化氮分散在超纯水中，超声使其分散均匀；S2、钼酸铵粉末溶于超纯水中，超声使其完全溶解，得到澄清透明的溶液，再取九水合硝酸铁固体放入上述溶液中，继续超声至硝酸铁全部溶解，静置等待溶液凝固成凝胶状态；S3、将步骤S2获得的凝胶冷冻干燥，得到黄绿色的块状固体，研磨，得到黄绿色的粉末A；S4、将所述粉末A溶解在超纯水中，超声得到橙红色的透明溶液；S5、将步骤S1获得的片层状石墨相碳化氮溶液加入到步骤S4获得的橙红色的透明溶液中，加入超纯水使得溶质浓度达到0.5～1g/L，超声得到均匀分散的悬浊液；将悬浊液进行水热反应，得到光催化复合材料。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述片层状石墨相碳化氮的制备方法为：将三聚氰胺在温度为500～600℃下进行第一次煅烧，煅烧时间为3～5h，得到块状的石墨相碳化氮，冷却后，研磨成粉末状，继续进行第二次煅烧，第二次煅烧温度为500～550℃，煅烧时间为1....

【专利技术属性】
技术研发人员：梁嵩，王冰迪，刘镇宁，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：