【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种双s型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂的制备方法及其应用。
技术介绍
1、环境治理和能源使用是关乎社会发展的两大重要问题。抗生素已成为人类和动物临床上最常用的药物，但四环素等抗生素的广泛使用导致了日益严重的水环境污染，并对人类健康构成了重大威胁。从废水中去除抗生素对于保护水资源的可持续发展至关重要。而二氧化碳(co2)是被公认的一种温室气体，快速工业化导致的co2高排放是一个不容忽视的严重问题。将co2转化为高附加值产品(如co、ch4等)被认为是实现碳资源高效利用的有效策略。因此，同时实施co2减排和污染物降解可以很好地应对能源和环境危机。
2、基于半导体的光催化技术具有环境友好、操作简便、成本低等优点，光催化过程直接利用太阳光作为激发源来驱动氧化还原反应。在传统的光催化co2还原工艺中，通常会添加有毒或昂贵的牺牲剂(如三乙醇胺等)来消耗光催化剂中的光生空穴，这不可避免地导致高成本和环境污染。另外，光催化剂中这些光生空穴的强氧化作用也被忽视了。而在光催化降解过程中，光催化剂中这些光生空穴不仅可以促进自由基的产生，还可以直接降解污染物。因此，在光催化过程中加入四环素等抗生素有望取代传统牺牲剂，同时确保污染物的有效降解和co2的快速转化。另外，四环素(tc)的最终降解产物(co2)也可以完全还原为其他增值产品，实现了最佳的环境净化和能量转换。
3、近年来，关于光催化co2还原协同污染物降解的研究取得了一些成果，但光催化剂的催化活性仍不尽如人意，这与光催化剂的氧化还原能力差、载
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决g-c3n4的光催化活性低的问题，提供了一种双s型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂的制备方法及其应用。
2、本专利技术一种双s型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂的制备方法按以下步骤进行：
3、一、石墨氮化碳的制备：将三聚氰胺粉末放入马弗炉中，升温至400～600℃，并恒温2～4小时，然后降至室温，再升温至400～600℃，并恒温1～3小时，得到石墨氮化碳。
4、二、铜铁氧体纳米颗粒的制备：将硫酸铁一水合物和硫酸铜五水合物按摩尔比1:(0.8～1.2)混合搅拌，得到水性混合物；然后将水性混合物干燥成粉末，得到混合物粉末，然后将混合物粉末与氯化钠以1:(6～10)的摩尔比混合，然后溶解在乙醇溶液中在持续搅拌下加入氨水调节ph值，得到悬浮液；然后将悬浮液在180～220℃下热处理22～26小时，冷却至室温后，洗涤沉淀物，干燥，得到铜铁氧体纳米颗粒；
5、三、硫锌铟纳米片的制备：将氯化锌、四水合三氯化铟和硫代乙酰胺溶解在去离子水中，搅拌，得到悬浮液；然后，将悬浮液在140～180℃下热处理20～40分钟，冷却至室温后，洗涤、干燥，得到硫锌铟纳米片；
6、四、石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合材料的合成：将铜铁氧体纳米颗粒与石墨氮化碳按质量比1:2的比例混合，然后升温至400～600℃并恒温1～3小时，洗涤、干燥，得到石墨氮化碳/铜铁氧体；将石墨氮化碳/铜铁氧体与硫锌铟纳米片在无水乙醇中充分混合，然后超声处理，再进行磁力搅拌，然后，在160～200℃下水热处理15～18小时，再离心收集固相物，干燥，得到石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合材料；其中石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合材料中硫锌铟纳米片的质量百分含量为5-50％。
7、本专利技术一种双s型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂在光催化co2还原中以及在光催化降解废水中四环素的应用。
8、本专利技术的目的在于通过构建双s型石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟(g-c3n4/cufe2o4/znin2s4)异质结同时实现了最佳的环境净化(光催化降解抗生素)和能量转换(光催化还原co2)，并解决了传统光催化co2还原技术中需要额外加入昂贵牺牲剂，以及光催化剂活性低的问题。双s型方案可以在界面产生两个内部电场，提高光生载流子的分离效率，同时保持较强的氧化还原能力，显著提升了异质结的光催化能力。而在光催化过程中加入四环素等抗生素取代传统牺牲剂，同时确保污染物的有效降解和co2的快速转化。首先，采用多次煅烧方式制备超薄石墨氮化碳材料(g-c3n4)。然后，采用水热法分别制备铜铁氧体纳米颗粒(cufe2o4)和花状微球硫锌铟纳米材料(znin2s4)。最后，通过煅烧结合水热法合成了g-c3n4/cufe2o4/znin2s4光催化复合材料(记为cncz(x)，其中x为znin2s4在复合材料中所占质量百分比)，构建由g-c3n4、cufe2o4和znin2s4组成的双s方案可以显著提高co2还原和四环素降解的光催化活性。
9、本专利技术中由两种还原型光催化剂(g-c3n4和cufe2o4)和一种氧化型光催化剂(znin2s4)组成双s型异质结光催化剂，其在界面处可以产生两个内部电场，提高了光生载流子的分离效率，增强了异质结的氧化还原能力，从而显著提升了异质结的光催化活性。在模拟可见光照射下，该双s型异质结光催化co2的主要产物是co(其选择性为87.6％)，同时产生少量的ch4和h2。光催化co产率为267.4μmol·g-1·h-1，经过5次循环后，其co产率仍高达249μmol·g-1·h-1。抗生素的加入有效替代了昂贵的牺牲剂，并实现了co2的高效催化转化。该双s型异质结光催化体系同时能够实现抗生素的完全降解，其矿化率高达96.2％。在异质结g-c3n4导带上积累的光生电子与吸附的o2反应生成·o2-和1o2以降解废水中抗生素；而在异质结znin2s4价带上积累的光生空穴可直接氧化降解抗生素。此外，双s型g-c3n4/cufe2o4/znin2s4异质结同时兼具优良的光催化循环稳定性和易回收性。本专利技术为双s型异质结光催化剂的制备及其在环境净化和能量转本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双S型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂的制备方法，其特征在于，该制备方法按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的一种双S型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一以5℃/min升温至500℃，并恒温3小时。
3.根据权利要求1所述的一种双S型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中再以3.7℃/min升温至500℃，并恒温2小时。
4.根据权利要求1所述的一种双S型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂的制备方法，其特征在于，乙醇溶液是由15mL去离子水和45mL乙醇混合而成。
5.根据权利要求1所述的一种双S型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂的制备方法，其特征在于，氯化锌、四水合三氯化铟和硫代乙酰胺的质量比为(0.3～0.7):(0.8～1.2):(0.08～0.12)。
6.根据权利要求1所述的一种双S型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂的制备方法，其特征在于，氯化锌与去离子水的质量体积
7.根据权利要求1所述的一种双S型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂的制备方法，其特征在于，石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合材料中硫锌铟纳米片的质量百分含量为15％。
8.根据权利要求1所述的一种双S型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂的制备方法，其特征在于，石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合材料中硫锌铟纳米片的质量百分含量为30％。
9.如权利要求1所述的一种双S型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂在光催化CO2还原中的应用。
10.如权利要求1所述的一种双S型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂在光催化降解废水中四环素中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种双s型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂的制备方法，其特征在于，该制备方法按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的一种双s型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一以5℃/min升温至500℃，并恒温3小时。
3.根据权利要求1所述的一种双s型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中再以3.7℃/min升温至500℃，并恒温2小时。
4.根据权利要求1所述的一种双s型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂的制备方法，其特征在于，乙醇溶液是由15ml去离子水和45ml乙醇混合而成。
5.根据权利要求1所述的一种双s型异质结石墨氮化碳/铜铁氧体/硫锌铟复合光催化剂的制备方法，其特征在于，氯化锌、四水合三氯化铟和硫代乙酰胺的质量比为(0.3～0.7):(0.8～1.2):(0.08...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘冬冬，姜利鹏，陈登骞，郝正凯，邓博文，颜辛芮，谈睿，王娅欣，田雨函，贾博寅，陈丽梅，
申请(专利权)人：吉林农业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。