[發明專利]一種V2

在審

• 申請號: 202210168858.3
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114534762A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 高榮榮;尹翔鷺;曾澤華;代宇;滕艾均;張東彬
• 申請（專利權）人: 鞍鋼集團北京研究院有限公司
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/38
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 辛誠

本發明公開了一種V2O5/C3N4復合光催化劑及其制備方法與應用，所述制備方法包括如下步驟：a、將失效釩電池電解液進行過濾、稀釋處理；b、向稀釋后的電解液中加入活性炭，并進行振蕩處理，吸附、過濾、干燥后，得到含釩活性炭；c、向含釩活性炭中加入三聚氰胺，研磨混合后經一步煅燒，得到V₂O₅/C₃N₄復合光催化劑。采用本發明方法制備的V₂O₅/C₃N₄復合光催化劑展現出優異的光催化降解活性；且該方法僅需一步煅燒即可合成產物，操作簡單，適于工業化生產；此外，本發明以失效釩電池電解液作為釩源，實現了廢舊電解液的回收再利用，節約了生產成本。

技術領域

本發明屬于光催化領域，具體地，本發明涉及一種V₂O₅/C₃N₄復合光催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

伴隨著紡織、皮革等行業的快速發展，各類染料被人們成功開發并被大范圍使用。然而各類染料在使用后不可避免的會產生大量的污染物，特別是各類染料廢水，其具有顏色深、濃度高、成分復雜及不易被生化降解等特點。據不完全統計，全球染料總量的1-20％會被排放到水體和土壤中，造成嚴重的染料污染。值得注意的是，大多數染料分子中含有芳香環，對生物具有嚴重的毒性，尤其是對人類具有強烈的致突變性。此外，染料污染物一般都具有某種特定的顏色，進入自然水源中會改變光在水中的傳播和折射，從而嚴重的影響了水生生物的正常生長和繁殖，進而對生態系統的穩定產生了巨大的威脅。基于此，解決染料污染問題已經成為了各國研究者們的關注焦點。現階段，針對這一問題，各國研究者通過物理法、化學法、生物法及多種方法配合來促進染料降解，取得了一系列的成效。其中，光催化被認為是用來解決能源短缺和環境污染等問題的一種極具潛力的技術，其通過簡單的引入光催化劑就能夠實現催化和降解等目的。在太陽光的驅動下，光催化劑被激發產生光生載流子，并產生超氧自由基等具有強氧化作用的活性物種，此類活性物種能夠進一步與有機染料的發色團發生反應，將其轉換成小分子物質，并最終降解為無機物。相比之下，光催化技術成本低、無污染、對環境友好，因此被廣泛應用于有機染料降解，并取得了一定的顯著成果。

環顧各類光催化劑，石墨相氮化碳(C₃N₄)憑借較窄的帶隙(2.7eV)、較強的可見光吸收能力、簡單的制備工藝及易于大規模生產等優點受到了廣泛關注。然而，由于C₃N₄中光生電子和空穴的快速復合以及有限的表面活性位點等缺點的存在，使得單一的C₃N₄很難展現出較好的光催化活性，這極大地限制了此類光催劑的應用。近年來，研究者通過改變C₃N₄的能帶結構、表面化學狀態、以及和其他半導體材料復合構成異質結構等方法，進一步提升C₃N₄的光催化性能。值得注意的是，研究者們通過將CdS、Zn_xCd_1-xS、ZnInS、 TiO₂、WO₃等材料與C₃N₄復合構成異質結構，能夠有效地促進光生載流子分離，進而大幅度提高催化劑的光催化性能。五氧化二釩(V₂O₅)作為一種光催化材料，具有層狀結構、化學惰性、強氧化能力和抗光化學衰減的長期穩定性等物理化學性質，因此被廣泛應用于催化、儲能等領域。此外，V₂O₅的能帶結構與C₃N₄的能帶結構能夠很好的匹配，進而構成異質結構，從而有利于光生載流子的分離傳輸，提高其可見光催化活性。目前現有工藝制備得到的V₂O₅/C₃N₄對有機染料的降解時間長、降解效率較低，且其制備方法比較復雜、成本高。

發明內容