[發明專利]一種包含雜多酸的三元復合光催化劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202210091415.9
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114405520B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 趙煒;梁沖;崔明昱;董林陽;劉序堂;王仃凱;蔣志杰;王飛
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;B01J27/199;B01J27/24;B01J35/00;C07C45/51;C07C47/58;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 徐州千秋知識產權代理事務所(普通合伙) 32556
• 代理人: 周敏

本發明公開了一種包含雜多酸的三元復合光催化劑及其制備方法與應用。該三元復合光催化劑通過水熱法由原料雜多酸、乙酸鎘、g?C₃N₄及硫脲一鍋制備得到。該系列光催化劑能在可見光輻射下催化降解有機染料羅丹明B，也在可見光輻射下催化木質素轉化香蘭素，且穩定性良好，可重復多次使用。本發明通過一鍋法制備光催化劑，操作簡單可控；該催化劑具有可見光下優異的光催化性能；能在可見光下高效降解羅丹明B并使其發生礦物質化，大量節約資源成本，同時避免二次污染；另外，催化木質素轉化香蘭素效果顯著，提高了香蘭素的收率。本發明提供了一種可見光下催化降解羅丹明B及選擇性催化木質素制備香蘭素的可行性方法。

技術領域

本發明涉及光催化技術領域，具體涉及一種包含雜多酸的三元復合光催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

工業化水平的提高帶來了嚴重的環境污染，其中水資源的污染因其直接危害人類健康受到廣泛關注。水體污染物的種類一般包括重金屬污染、有機污染、無機物污染，尤其是有機污染物降解困難且需要消耗大量的氧氣，對其治理需要耗費大量人力物力。光催化降解技術具有反應條件溫和、成本低廉、穩定性好以及無二次污染等優勢，符合綠色化學的要求，受到重視。

光催化反應的順利進行離不開光催化劑，半導體材料是常見的光催化劑制備原料，如TiO₂、Cu₂O、CdS等無機半導體材料以及g-C₃N₄、碳量子點、聚苯胺等有機半導體材料。根據固體能帶理論，光照輻射下價帶的電子會躍遷到導帶上形成光生電子，而價帶形成光生空穴；光生空穴具有強氧化性，光生電子具有很強的還原性，價帶與導帶之間的能量差稱為帶隙或禁帶寬度。因此，設計制備光催化劑時不僅要考慮其吸收光的能力，即禁帶寬度越小，吸收光的波長范圍越寬，能力越強；同時應避免光致載流子的再結合，導致氧化還原能力的丟失。另外，異質結光催化劑的設計制備也引起廣泛關注，主要是因為二種半導體材料的導帶和價帶較好的匹配，能夠實現光生電子和空穴的快速分離，使催化劑性能得到提升。

CdS是一種n型半導體材料，禁帶寬度2.4ev，吸收光范圍較廣，制備光催化劑優勢明顯。但CdS仍然存在易團聚的現象；另外CdS容易被光致空穴自我氧化，發生光腐蝕且電子空穴復合率高。g-C₃N₄作為一種有機碳材料，導電性能優異且制備方法簡單，不會導致二次污染；禁帶寬度2.7ev，可吸收可見光，在環境治理及制氫等方面得到應用。但單獨作為光催化劑時，存在諸多固有缺陷，包括受晶界效應及層間范德華力的影響，電子轉移慢，光致空穴電子的復合率高；氧化電動勢僅有1.4v(vs NHE,pH＝0)，對有機污染物的降解效率低；及可見光吸收有限，限制了其應用。雜多酸(HPA)是質子化金屬氧化物納米團簇，具有熱穩定性好、氧化能力強的特點。結構中包含12個MO₆八面體結構，金屬處于最高價態(d0的電子構型)，可以被還原為多種價態，可逆性好，同時具有儲存電子的潛力，有助于電子空穴的分離。但其表面積小，易溶水及可重復性較差等缺點也制約其進一步應用。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種包含雜多酸的三元組分光催化劑的制備方法。

本發明的目的之二是提供上述制備方法制得的三元復合光催化劑。

本發明的目的之三是提供上述三元復合光催化劑在降解羅丹明B和催化木質素制備香蘭素方面的應用。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

第一方面，本發明提供一種包含雜多酸的三元復合光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

1)將一定量的水以及超聲處理的g-C₃N₄、二水乙酸鎘、雜多酸置于反應釜內襯中，攪拌過夜；然后加入一定量硫脲，在反應釜中密封加熱攪拌反應；

2)反應結束后，迅速冷卻至室溫，過濾，用水和乙醇依次洗滌，真空干燥，即得三元復合光催化劑。