[發明專利]負載型半導體可見光催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201711497910.5
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108273503A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 丁大虎;姜燦爛;陳立偉;蔡天明;孫文杰;周亮
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J37/10;C02F1/30;C02F1/72;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種負載型半導體可見光催化劑，包括硅膠顆粒和均勻負載在硅膠顆粒表面的鐵氧化物半導體，硅膠顆粒與所述鐵氧化物半導體的重量比為2～4∶1。本發明還提供該負載型半導體可見光催化劑的制備方法：1)將含有Fe³⁺的鐵鹽溶解在水中，制得鐵鹽濃度為0.2～1mmol/mL的鐵鹽溶液；2)向步驟1)制得的鐵鹽溶液中加入硅膠顆粒，混合均勻，得到分散液；3)將步驟2)制得的分散液置于密閉的反應釜中，在100～200℃下反應20～30h，反應后洗滌、干燥。本發明的光催化劑用量少、催化性能強、吸收光譜廣、不會造成二次污染、可回收再利用，為有機廢水提供綠色、經濟可行的處理方法。

技術領域

本發明涉及光催化劑，特別是一種負載型半導體可見光催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

隨著人類社會工業化進程的不斷加快，人類對自然資源的消耗與日俱增，導致環境污染物的排放量也日益增加，且污染物種類繁多。環境問題的日益突出，已經嚴重影響了人類社會的生存與發展。就我國而言，城市化的推進與治污能力的脫節以及有關部門的監管不利，已經導致了相當嚴重的環境問題，尤其是水污染問題。

水污染已經成為制約社會經濟發展的重要因素之一。尤其是毒性強、濃度高、難生物降解的有機廢水給傳統污水生物處理工藝帶來了前所未有的挑戰。近年來，光催化技術在環境領域展現出良好的前景，成為一種環境友好型綠色處理技術。光催化技術是在光照的條件下，通過半導體光催化劑促成的化學反應，利用光催化反應可以分解眾多對環境和人體有害的有機物質及部分無機物質。光催化的優點在于：(1)可將水中的多種污染物完全降解為H₂O及CO₂；(2)可以使用清潔、可再生的太陽光作為光源；(3)裝置簡單、易操作、氧化性強、無二次污染等。

光催化技術研究的核心是開發出優良的光催化劑。TiO₂因具有穩定的結構、優異的光化學性能、無毒及較低的成本等優點得到廣泛關注，是目前應用最廣泛的半導體光催化材料。然而，TiO₂的廣泛使用受到諸多限制：(1)只能被λ＜400nm的紫外光(僅占太陽光的4％)所驅動；(2)光致電子和光致空穴容易復合，抑制了半導體的光催化活性；(3)不易回收和再利用，造成二次污染。鐵氧化物也是一種高效的光催化劑，相較于TiO₂，鐵氧化物的優點在于其光響應的最大激發波長為600nm左右，相較于TiO₂的紫外區吸收波長長，對太陽光的利用率較高，占40％左右；其次鐵氧化物無毒無污染，價格低廉且化學穩定性好；此外鐵氧化物親水性能好，有利于極性物質在其表面浸潤，對于提高其光催化效率有極大的促進作用。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種用量少、催化性能強、吸收光譜廣、不會造成二次污染、可回收再利用的光催化劑，為有機廢水提供綠色、經濟可行的處理方法。

本發明另一目的在于提供上述光催化劑的制備方法和應用。

技術方案：本發明提供一種負載型半導體可見光催化劑，包括硅膠顆粒和均勻負載在硅膠顆粒表面的鐵氧化物半導體，硅膠顆粒與鐵氧化物半導體的重量比為2～4∶1，上述鐵氧化物半導體為a-Fe₂O₃。

本發明另一方面提供一種制備上述負載型半導體可見光催化劑的方法，包括以下步驟：

1)將含有Fe³⁺的鐵鹽溶解在水中，制得鐵鹽濃度為0.2～1mmol/mL的鐵鹽溶液；

2)向步驟1)制得的鐵鹽溶液中加入硅膠顆粒，混合均勻，得到分散液；其中，所述硅膠顆粒重量與所述鐵鹽溶液體積的比值為0.2～0.6g/mL；

3)將步驟2)制得的分散液置于密閉的反應釜中，在100～200℃下反應20～30h，反應后洗滌、干燥，得鐵氧化物/硅膠負載型半導體可見光催化劑。