[發(fā)明專利]一種多孔復合光催化劑及其應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610043794.9
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105642295B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設計）人: 李嘉;于靜;路祿;左敏;宋鵬
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: B01J23/80
• 分類號: B01J23/80;B01J35/10;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 賈波

本發(fā)明公開了一種多孔復合光催化劑及其應用。本發(fā)明以松花粉為創(chuàng)新性原材料，利用全新的工藝制備出多孔結構的光催化劑ZnCo₂O₄/ZnO/ZnAl₂O₄。本發(fā)明產(chǎn)品的制備方法簡單、效率高、成本低、易操作、污染小。制備的催化劑具有分級多孔的結構、優(yōu)異的吸附性能和模擬太陽光下對有機污染物具有良好的催化降解活性，對污水中有機染料具有較高的催化活性，在120min內(nèi)降解率可以達到88%。該方法的提出將豐富多孔光催化劑合成材料的花樣與種類，給光催化劑的制備帶來更新的理念。

技術領域

本發(fā)明涉及一種污水處理方面的微納米復合光催化劑，具體涉及一種松花粉為生物模板的ZnCo₂O₄/ZnO/ZnAl₂O₄復合光催化劑及其在光催化降解有機污染物方面的應用。

背景技術

能源短缺和環(huán)境污染是整個人類社會所面臨的兩個主要問題，充分利用自然界的綠色能源成為解決問題的關鍵。太陽能，由于其取之不竭、潔凈無污染、可再生等優(yōu)點，應當被充分利用起來以降低人類對其它不可再生能源的依賴。太陽能的轉換應用主要包含四大方面，分別是：太陽能電池、光解水、光致還原二氧化碳和光催化降解有機污染物。其中，光催化技術由于不產(chǎn)生二次污染，能夠充分降解有機污染物成為近年來的研究熱點。傳統(tǒng)的TiO₂光催化劑由于其較寬的禁帶寬度（Eg=3.2 eV）只能響應紫外光（約為太陽光的5%）。為了實現(xiàn)太陽能的充分利用，構建具有窄禁帶寬度結構，能夠響應可見光的光催化劑具有重要意義。

尖晶石型結構的ZnCo₂O₄不僅具有較高的催化活性、良好的化學穩(wěn)定性、制備條件簡單溫和，而且較窄的禁帶寬度使其可以響應可見光、從而有效地提高光能利用率。但是，ZnCo₂O₄ 納米粉體的比表面積較小、易團聚、光生電子空穴復合速率快。自然界中的生物模板可賦予所制備的光催化劑多孔結構，從而提高其催化活性。此外，層狀雙層氫氧化物（Layer double hydroxides，LDHs）特殊的層片狀結構賦予了其廣泛的應用范圍，如吸附、光催化、超級電容器等。而且，LDHs每一層的金屬離子都是原子級分散，將LDHs與半導體復合，其熱處理產(chǎn)物可與半導體實現(xiàn)原子級復合，從而實現(xiàn)光生電子-空穴的有效分離，進一步提高半導體的光催化活性。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種多孔復合光催化劑及其應用。本發(fā)明利用花粉模板，采用水熱法制備了ZnAl雙層氫氧化物（ZnAl-LDHs）/ZnCo₂O₄，然后通過后續(xù)煅燒處理得到了ZnCo₂O₄/ZnO/ZnAl₂O₄復合光催化劑，該催化劑保留了花粉模板的形貌，多孔結構有利于提高光催化效率。此外，ZnCo₂O₄、ZnO、ZnAl₂O₄三者實現(xiàn)了原子尺寸的復合，使光生電子空穴得到有效分離，從而有效地提高光能利用率和光催化效率。

本發(fā)明采用以下技術方案：

一種多孔復合光催化劑，其特征在于，它是由下述方法制備的：

（1）預處理：將松花粉放入無水乙醇中，磁力攪拌浸泡除去雜質，然后經(jīng)過過濾，將所得的松花粉置于干燥箱中干燥，得預處理松花粉；

（2）浸漬和熱處理：將可溶性鋅鹽與鈷鹽按照一定摩爾比配成濃度為0.05mol/L的前驅體溶液A；將預處理后的松花粉放入前驅體溶液A中充分浸漬，經(jīng)過濾后置于干燥箱中干燥；取浸漬干燥后的松花粉，在空氣中升溫至700℃，煅燒1h，最后自然冷卻至室溫，制得保留了花粉模板形貌的ZnCo₂O₄光催化劑；