负载型光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及光催化剂和微生物污染水体治理领域，具体地公开了一种负载型光催化剂及其制备方法和应用，该负载型光催化剂包括载体和负载在所述载体上的活性组分；所述载体为g

【技术实现步骤摘要】
负载型光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光催化剂和微生物污染水体治理领域，具体地，涉及一种负载型光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，传统工业化水消毒的方法主要以氯消毒和紫外消毒为主。氯消毒和紫外消毒技术虽然可以有效地杀灭病原微生物，但存在一些不可避免的缺点。如，氯或含氯的氧化剂在消毒的同时会和水体中微量有机物反应，产生氯代消毒副产物。这些消毒副产物有致癌、致畸、致突变和遗传毒性，对人体健康以及污水受纳水体存在一定的危害性。紫外消毒工艺虽克服了因投加化学试剂产生有害副产物的弊端，但在实际应用中也存在诸多问题。如耗能高，杀菌过程中产生臭氧等。过氧化氢(H2O2)消毒或以H2O2构成的芬顿体系消毒是一种清洁的消毒技术，在消毒过程中，H2O2会被分解成水和氧气，不会产生二次污染。然而基于H2O2的消毒技术也存在较多挑战，如高度对称的H2O2分子不易裂解产生活性物种，芬顿体系的Fe污泥产量过高，液态的H2O2储藏运输困难等。因此，开发新型的H2O2消毒技术治理微生物污染水体是目前亟需解决的问题。
[0003]光催化消毒技术作为一种新型、高效、低成本且环境友好的高级氧化技术引起了广泛关注。1985年，Matsunaga等首次利用UVA波段的光源在TiO2催化下进行了杀灭微生物实验。自此，TiO2、WO3、CdS、g
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C3N4(CN)等各种非均相光催化剂被应用于水消毒领域，其中以TiO2及CN最为常见。CN由于具有合适可见光的能带、形貌可塑性高等特点，在节能环保材料的开发上具有巨大的潜力。虽然这些光催化材料有其自身独特的优点，但同样存在一般光催化消毒材料的缺点，如可见光利用效率低、杀菌活性物种寿命短、速度慢等。最近报道的以负载于TiO2的双金属Pd
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Au为催化剂，以H2、O2的化学反应进行原位活化，对水体中的细菌进行灭活，消毒的效力高且无化学残留。该技术消毒灭菌的主要机理在于通过活化催化剂表面氢气、氧气分子形成较多流动自由基中间体(HO
·
、HOO
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/O2·
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)，产生的大量自由基能够用于细菌的杀灭。在此过程中，H2/O2直接形成自由基的速率远高于H2O2分解形成自由基的速率。因此，原位催化H2/O2的消毒效果优于H2O2的效果。最新研究已初步探索出高效光催化消毒的可行性，但在具体的实施过程中也存在着不足。如以H2的化学反应进行原位活化所采用的是外源H2的输入，利用率低、能耗高且存在极大的安全隐患。
[0004]光催化原位产生和活化H2O2治理微生物污染水体具有较好的应用前景，主要原因在于：一方面无外源H2O2的引入，克服了储存和运输的难题，另一方面原位活化规避了H2O2迁移过程造成的低效率。经检索，中国专利号ZL 201710636545.5，专利名称为：一种可见光催化剂的制备方法及用途；该申请案通过Au和Ag纳米颗粒修饰g
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C3N4制备了可见光催化剂Au/Ag/g
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C3N4，并应用于可见光照射下进行杀菌。通过Au和Ag纳米颗粒在g
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C3N4表面的负载，提高其吸收可见光的能力，以此通过在太阳光的照射下即可使催化剂产生很好的催化效果，从而减小能源的消耗，同时达到较好的杀菌效果。但该申请案使用的Au和Ag纳米颗粒，价格较贵，导致光催化杀菌的成本较高。
[0005]因此，亟需一种新的光催化剂来解决上述光催化杀菌的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是解决传统消毒技术产生消毒副产物造成二次污染、高耗能治理成本高、光催化剂光子利用率低、效果差的问题，从而提供一种负载型光催化剂及其制备方法和应用，该负载型光催化剂含有微量的Pd元素减少了贵金属用量，降低了成本，同时，该负载型光催化剂杀菌效果稳定，可循环利用，不仅如此，该负载型光催化剂的制备方法简单便捷，成本低，绿色环保，具有广阔的应用前景。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种负载型光催化剂，该负载型光催化剂包括载体和负载在所述载体上的活性组分；
[0008]所述载体为g
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C3N4纳米管，所述活性组分为Pd纳米颗粒和Pd单原子。本专利技术还提供了一种负载型光催化剂的制备方法，该制备方法包括：
[0009](1)将三聚氰胺水溶液进行水热反应，得到g
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C3N4，将所述g
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C3N4进行煅烧，得到g
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C3N4纳米管；
[0010](2)先将所述g
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C3N4纳米管、Pd前驱体溶液和聚乙烯吡咯烷酮混合，再加入抗坏血酸进行反应。
[0011]本专利技术进一步提供了一种上述制备方法制备的负载型光催化剂。
[0012]本专利技术更进一步提供了一种上述负载型光催化剂在水体消毒中的应用。
[0013]本专利技术另外还提供了一种水体杀菌的方法，该方法包括：将负载型光催化剂与含有细菌的水体进行混合，避光吸附，然后可见光照射；
[0014]其中，所述负载型光催化剂为上述的负载型光催化剂。
[0015]在上述技术方案中，本专利技术的负载型光催化剂负载有微量的Pd元素(0.031
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0.228wt％)，减少了贵金属用量，降低了成本；Pd纳米颗粒的引入提高了原位过氧化氢生成量，避免了外源加入过氧化氢，在g
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C3N4纳米管(CNT)表面负载Pd纳米颗粒和Pd单原子，提高了石墨型氮化碳g
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C3N4(CN)对可见光的利用率；且Pd原子原位高效活化过氧化氢产生自由基，高效灭菌。
[0016]同时，该负载型光催化剂的制备方法反应条件简单，步骤简易，成本低，操作简便环保。
[0017]进一步，本专利技术所制备的负载型光催化剂具有优异的广谱性杀菌性能，并且杀菌效果稳定，可循环利用，具有广阔的应用前景。
[0018]本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0019]附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0020]图1a为实施例1制得的产物B1的透射电镜图，b为实施例1制得的产物B1的暗场透射电镜图，c为实施例1制得的产物B1的单个Pd颗粒的晶面间距图；
[0021]图2为本专利技术实施例1制得的产物B1的球差分析图；
[0022]图3a是实施例1中制备的产物B1的TEM图，b为实施例1中制备的产物B1中的C元素
的EDS分层图像，c为实施例1中制备的产物B1的N元素EDS分层图像，d为实施例1中制备的产物B1的Pd元素的EDS分层图像；
[0023]图4为本专利技术实施例1制得的产物B1、对比例1制得的产物D1及对比例2制得的产物D2的X射线衍射图；
[0024]图5为本专利技术实施例1制得的产物B1、对比例1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载型光催化剂，其特征在于，所述负载型光催化剂包括载体和负载在所述载体上的活性组分；所述载体为g
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C3N4纳米管，所述活性组分为Pd纳米颗粒和Pd单原子。2.根据权利要求1所述的负载型光催化剂，其特征在于，所述负载型光催化剂中Pd元素的负载量为0.031
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0.228wt％。3.一种负载型光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：(1)将三聚氰胺水溶液进行水热反应，得到g
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C3N4，将所述g
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C3N4进行煅烧，得到g
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C3N4纳米管；(2)先将所述g
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C3N4纳米管、Pd前驱体溶液和聚乙烯吡咯烷酮混合，再加入抗坏血酸进行反应。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述水热反应的条件包括：温度为180
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250℃，时间为10
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14h；优选地，所述煅烧的条件包括：温度为500
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600℃，时间为4
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5h，升温速率为1
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5℃/min；优选地，所述三聚氰胺水溶液中三聚氰胺的浓度为20
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80g/L，优选为50g/L。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述混合的条件包括：时间为0.5
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2h，搅拌速率500
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800rpm。6.根据权利要求3
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5中任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述Pd前驱体选自PdC...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亚宁，李明会，李文文，朱鸿杰，洪培，刘畅，丁燕，方彩霞，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：