[發明專利]一種多層復合光催化薄膜材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010721027.5
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111822001B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 任會學;武道吉;張娜;于春峰;李方軍;張帥;成文清;索心睿;李靈婕
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;B01J35/06;B01J37/34;B01J37/06;B01J37/02;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 濟南領升專利代理事務所(普通合伙) 37246
• 代理人: 崔苗苗;王吉勇

本發明涉及一種多層復合光催化薄膜材料及其制備方法和應用，由AgInS₂薄膜和ZnO薄膜多層復合，結構通式為[AgInS₂(_X)/ZnO(y)]_n,其中x和y分別表示單個踱膜循環中AgInS₂薄膜和ZnO薄膜的厚度，且1x30nm,1y30nm,n為復合鍍膜的疊加數，且1n5。先將玻璃基片轉動到AgInS₂靶材的正上方射頻磁控濺射鍍膜，再將玻璃基片的轉盤轉動到ZnO靶材的正上方射頻磁控濺射鍍膜制得。本發明利用三元的AgInS₂量子點特性與二元的氧化鋅的納米材料的能帶結構，拓寬了光催化材料的禁帶寬度，實現了光催化劑應用由紫外光向可見光方向的拓展，提高了降解廢水的強度和效率。

技術領域

本發明涉及一種復合光催化薄膜材料及其制備方法和在廢水處理中的應用，屬于光催化材料技術領域。

背景技術

光催化氧化技術是一種環境友好型的綠色水處理技術，它能夠徹底降解廢水中的有機污染物，且本身的催化劑無毒也不會產生有毒副產物，在常溫常壓下即可反應，徹底破壞有機物的分子結構，用于降解抗生素類廢水，具有處理效率高、反應溫和、使用范圍廣等特點，因此具有良好的應用前景。光催化氧化反應的機理過程是光催化劑在特定光源的照射下，產生光生載流子使周圍的水分子及氧氣形成極具活性的自由基(如·OH自由基和·O₂^-自由基)，可以把大分子有機物氧化降解成H₂O和CO₂等小分子無機物。目前廣泛使用的光催化半導體材料主要是TiO₂、ZnO、CdS、WO₃、SnO₂等。一些主流光催化材料如二氧化鈦，其光生電荷不能有效分離導致光致電子和空穴的大量無效復合，從而使光量子效率低；由于銳鈦礦型的二氧化鈦半導體材料的能帶結構(Eg＝3.2ev)這決定了此類光催化劑只能吸收利用太陽光中波長小于380nm的紫外線部分(僅占太陽光的4％)，太陽能利用率低。對于粉體催化劑雖具有高催化效率，但其難以繼續回收利用且后期處理過程復雜，費用高，為此，催化劑必須固定化，但催化劑的固定化又會導致催化劑的比表面積的減少，催化活性降低，維持高效率的光催化劑的負載技術難；光催化劑的催化活性與粒度有很大關系，粒度越小，比表面積越大，光催化活性越高，但是粒度過小，容易發生二次凝聚，粉末光催化體系是熱力學不穩定體系，易發生顆粒團聚現象，使得實用性較差；一些光催化劑的穩定性不好，經常出現失活現象。

相較于粒狀、粉狀等性狀的材料，薄膜材料具有更容易成為規整性材料、更容易循環利用以及催化改性方式更有利于催化反應的特點。當前光催化薄膜材料多為單一組分或單層膜的光催化材料，這種材料普遍存在一些問題，如量子效率偏低，純的單一的TiO₂、ZnO等材料的光生電子-空穴對的復合率高，光催化性能不能得到很好的發揮；可以利用的光譜范圍很小，只限于波長小于400nm的紫外范圍，而占太陽光很大部分的其他光譜卻不能利用；有些對于高濃度的工業廢水，如染料廢水、制藥廢水，由于雜質多、渾濁度高、透光性差，光催化反應難以發生。