[發明專利]一種ZIF-8衍生碳基材料負載CdS的光催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810824147.0
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN109046466A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 程建華;楊草;陳元彩
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J31/26
• 分類號: B01J31/26;C02F1/30;C02F101/38;C02F103/34
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 向玉芳

本發明屬于環境催化劑材料制備技術領域，公開了一種ZIF?8衍生碳基材料負載CdS的光催化劑及其制備方法和應用。本發明以ZIF?8為模板，氮氣條件下，通過高溫碳化制得多孔碳材料，以硅烷偶聯劑對多孔碳材料進行氨基修飾，然后加入氯化鎘和硫代乙酰胺，即制得ZIF?8衍生碳基材料負載CdS的光催化劑。本發明操作工藝簡單，對設備條件要求較低，易于實施。制備的催化劑在很大程度上保持了ZIF?8模板高的比表面積和豐富的孔結構特征，而且通過氨基功能化實現了CdS納米顆粒的高效負載和均勻分散，進而有利于所制得的復合光催化材料在去除水體中的β?內酰胺類抗生素污染物的過程中表現出優良的催化活性。

技術領域

本發明屬于光催化材料領域，具體涉及一種ZIF-8衍生碳基材料負載CdS的光催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

抗生素在醫藥、畜牧和水產養殖業的盲目隨意用藥、交叉用藥、長期過量使用和違法使用未經批準的抗生素等現象，造成了環境中抗生素污染日益增多，并且一些流域河段存在較嚴重的抗生素污染現象。由于抗生素在臨床上的濫用，已引起耐藥菌的大幅增長。抗生素在污水處理廠的消除過程是一個非常復雜的過程，由于傳統的污水處理工藝對某些種類的抗生素的處理效率不高，導致污水處理廠甚至成為了促進耐藥菌繁殖和傳播的一個主要污染源。因此，急需發展更為高效的新型技術以實現對抗生素污染物的有效去除。

光催化降解技術是一種高級氧化技術，通過將自然界的光能轉化為化學能來降解或直接礦化空氣或水中的有毒有害污染物。但是由于直接光解過程緩慢或效率不高，往往需要借助外加催化劑來大幅改善降解性能。硫化鎘(CdS)作為一種優良的半導體材料，其對可見光具有強烈吸收，因其具有優良的光電特性，被廣泛應用于光敏傳感器、發光器件以及光催化等領域。然而CdS納米顆粒本身較高的光生載流子復合率以及易團聚的特點限制了其光催化活性。因此研究者們嘗試將CdS與一些導電性能良好的多孔碳材料進行復合，事實證明這一策略可以有效改善上述現象或不足。近年來，由于MOFs材料自身的高比表面積和高孔隙率的特性，吸引了眾多研究者開始以MOFs作為前驅體通過高溫碳化來制得MOFs衍生碳基材料，所獲得的碳材料能在很大程度上保持了MOFs模板高的比表面積和豐富的孔結構特征。專利CN201610944849.3公開了一種復合光催化材料及其制備方法和應用，其以ZIF-8為模板獲得多孔碳材料，通過酸洗方式去除所得碳材料中的金屬/金屬氧化物雜質，然后直接與CdS前驅體溶液進行混合，從而實現CdS納米顆粒在衍生碳材料上的分散負載。但是在上述復合光催化劑的制備過程中明顯存在以下問題：(1)其制備的ZIF-8模板的晶型較差，因此在高溫碳化后會使所得碳材料的比表面積發生較大損失，難以保持前驅體MOFs優異的孔結構特征；(2)強酸洗滌去除雜質的方法勢必對環境造成嚴重危害，且不適宜大規模工業生產；(3)在CdS負載的關鍵步驟，由于缺乏有效的負載位點導致最終的負載率非常低。

發明內容

為解決上述現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的是提供一種ZIF-8衍生碳基材料負載CdS的光催化劑。

本發明的另一目的是提供上述ZIF-8衍生碳基材料負載CdS的光催化劑的制備方法。

本發明的再一目的是提供上述ZIF-8衍生碳基材料負載CdS的光催化劑的應用。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種ZIF-8衍生碳基材料負載CdS的光催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)按質量比計，將硝酸鋅：甲酸鈉：2-甲基咪唑＝1：1～3：1～3溶于甲醇中，攪拌后靜置，經離心、洗滌、真空干燥后制得ZIF-8；

(2)將步驟(1)所制得的ZIF-8在保護氣體條件下，于950～1100℃加熱2～5h，冷卻至室溫后制得多孔碳材料C-ZIF；