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污水处理三维花状复合光催化剂及制备方法

花匠小妙招
2025-05-11 08:12

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　　申请日2018.01.26

　　公开(公告)日2018.06.08

　　IPC分类号B01J27/232; B01J37/34; B01J35/10; C02F1/30

　　摘要

　　本发明提供了一种用于污水处理的三维花状复合光催化剂及制备方法。将碳酸钠溶于水,冷冻成冰后粉碎形成冰花，然后加入可溶性钙盐，搅拌溶解，加入添加剂，置于恒温水浴中加热，制得微米级花状碳酸钙晶体;将二硫化钼靶材放入真空室中，开启脉冲激光器，使激光束通过透镜和光学窗片聚焦到二硫化钼靶材上，激光束的高能量在瞬间熔融蒸发出靶材羽流，并沉积在微米级花状碳酸钙晶体上，制得三维花状碳酸钙‑二硫化钼复合光催化剂。该方法通过形成独特的三维立体结构，显著增加了复合光催化剂的比表面积，提高了光能的利用率，光催化活性高，对污染物的降解率高，并且制备过程简单，生产率高，制备成本低，可大规模推广生产，广泛用于污水处理领域。

　　权利要求书

　　1.一种用于污水处理的三维花状复合光催化剂的制备方法，制备过程为：

　　(1)将碳酸钠溶于水,冷冻成冰后粉碎形成冰花，然后加入可溶性钙盐，搅拌溶解，加入添加剂，置于恒温水浴中加热，搅拌反应一定时间，过滤，用蒸馏水和无水乙醇洗涤，烘箱干燥，制得微米级花状碳酸钙晶体;各原料按重量份计为：可溶性钙盐25~35份、碳酸钠22~28份、添加剂8~12份、水25~45份;

　　(2)将步骤(1)制得的花状碳酸钙晶体与二硫化钼靶材放入真空室中，开启脉冲激光器，使激光束通过透镜和光学窗片聚焦到二硫化钼靶材上，激光束的高能量在瞬间熔融蒸发出靶材羽流，并沉积在微米级花状碳酸钙晶体上，制得三维花状碳酸钙-二硫化钼复合光催化剂;各原料按重量份计为：微米级花状碳酸钙晶体30~40份、二硫化钼靶材60~70份。

　　2.根据权利要求1所述一种用于污水处理的三维花状复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述微米级花状碳酸钙晶体的粒径为10~20μm，比表面积为300~500m2/g。

　　3.根据权利要求1所述一种用于污水处理的三维花状复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述可溶性钙盐为氯化钙、乙酸钙、硫酸钙或硝酸钙中的一种。

　　4.根据权利要求1所述一种用于污水处理的三维花状复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述添加剂为晶型控制剂，为柠檬酸、酒石酸、琥珀酸、苹果酸、硫酸、丙氨酸、谷氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甘氨酸或葡萄糖中的至少一种。

　　5.根据权利要求1所述一种用于污水处理的三维花状复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述恒温水浴的温度为25~35℃。

　　6.根据权利要求1所述一种用于污水处理的三维花状复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述反应时间为60~80min。

　　7.根据权利要求1所述一种用于污水处理的三维花状复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述烘箱干燥的温度为70~90℃。

　　8.根据权利要求1所述一种用于污水处理的三维花状复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述激光的输出功率为28~32dbm，脉冲频率为40~60kHz。

　　9.权利要求1-8任一项所述方法制备得到的一种用于污水处理的三维花状复合光催化剂。

　　说明书

　　一种用于污水处理的三维花状复合光催化剂及制备方法

　　技术领域

　　本发明涉及污水处理领域，具体涉及光催化剂的制备，特别是涉及一种用于污水处理的三维花状复合光催化剂及制备方法。

　　背景技术

　　随着社会经济和城市化进程的发展，水资源紧缺和水环境污染已成为本世纪全球性问题并且日趋严重。由此造成的水危机也成为制约我国社会经济可持续发展的重要因素。近几年，我国催化剂在污水处理的应用的主要方法是光催化剂法、Fenton法试剂法以及非均相催化氧化和电催化处理污水、酶催化处理污水等。其中光催化氧化是一种以n型半导体为敏化剂的特殊光敏化氧化。由光产生的空穴有很强的得电子能力，可夺取半导体颗粒表面有机物或溶剂中的电子，最终生成氧化能力极强的・OH，使溶液中的有机污染物被氧化分解。以硫属化合物型半导体和多金属酸盐的两类体系已显示出广阔的应用前景。

　　在光催化剂中，二硫化钼作为过渡金属层状化合物中最具代表性的物质，具有类石墨烯六方密堆积层状结构材料，以硫层和钼层交替形成类似“三明治”夹层结构，层与层之间通过弱的范德华力相连，层内通过强的共价键和离子键相连因，这种多变的原子配位结构和电子结构使得其载流子传输速度特别快，光利用率高，具有优异的催化、润滑及光电性能，成为备受瞩目的新材料，在光催化领域中的应用越来越广。但二硫化钼在单独使用仍存在光生电子⁃空穴容易结合、比表面积低、可见光吸收范围有限等问题，限制了二硫化钼光催化剂的应用。因此，通过结构和形貌控制可进一步提高其光生电子迁移效率，抑制光生电子⁃空穴的复合，拓宽可见光吸收范围，是二硫化钼光催化剂发展中的主要研究课题。

　　中国发明专利申请号201310590160.1公开了一种二硫化钼-偏钒酸银复合纳米光催化剂的制备方法，具体方法如下：(1)二硫化钼纳米花合成：以钼酸铵、硫氰化钾和盐酸羟胺为原料水热合成二硫化钼纳米花;(2)钒酸银纳米棒的合成：以硝酸银和偏钒酸铵为原料合成钒酸银纳米棒;(3)二硫化钼-钒酸银复合纳米光催化剂的合成：二硫化钼和钒酸银按1:1~1:5的摩尔比混合球磨。

　　中国发明专利申请号201710183274.2公开了一种二硫化钼/钛酸钡纳米立方块异质结构超声可见光催化剂，是以边长尺寸为80nm~120nm的钛酸钡纳米立方块在其表面负载层厚度为0.74~0.77nm的1~10层二硫化钼制得;其中，催化剂中以Ba/Mo摩尔比计，Ba:Mo=5:1~100:1。

　　中国发明专利申请号201510136180.0公开了一种二硫化钼复合纳米金光催化剂及其制备方法，属于纳米复合光催化剂领域。光催化剂由二硫化钼纳米颗粒和金纳米颗粒复合得到。具体方法为：首先采用水热法制备二硫化钼纳米颗粒;然后将二硫化钼纳米颗粒分散于水中，并滴加氯金酸溶液和抗氧化剂溶液，混合均匀;混合液在氙灯下光照并不断搅拌，停止光照后继续搅拌;分离、洗涤、干燥，得到所述光催化剂。

　　中国发明专利申请号201510478901.6公开了一种二硫化钼/钒酸银可见光复合光催化剂及其制备方法，属于复合材料和环境治理中光催化技术领域。该材料由二硫化钼颗粒均匀的分散在钒酸银表面形成异质结结构。此发明将类石墨烯二硫化钼置于水溶液中超声分散，得到类石墨烯二硫化钼的分散液A;将硝酸银固体颗粒加入所得分散液A中，在水浴控温的情况下，遮光搅拌至硝酸银充分溶解，得到分散液B;将已经配好的钒酸钠水溶液逐滴缓慢加入到所得分散液B中，滴加完成后继续遮光搅拌，得到产物。

　　根据上述，现有方案中用于污水处理的二硫化钼光催化剂比表面积小，光利用率低，可见光吸收范围有限，光催化活性低，稳定性较差，同时传统的通过改变结构和形貌，或者与其他材料制备复合光催化剂的技术方法过程复杂，产率低，成本高。

　　发明内容

　　针对目前应用较广的二硫化钼光催化剂存在比表面积小，光利用率低，可见光吸收范围有限，光催化活性低等缺陷，本发明提出一种用于污水处理的三维花状复合光催化剂及制备方法，从而有效提高了二硫化钼光催化剂的催化效率和催化效果，并有效降低了成本。

　　本发明涉及的具体技术方案如下：

　　一种用于污水处理的三维花状复合光催化剂的制备方法，制备过程为：

　　优选的，所述微米级花状碳酸钙晶体的粒径为10~20μm，比表面积为300~500m2/g。

　　优选的，所述可溶性钙盐为氯化钙、乙酸钙、硫酸钙或硝酸钙中的一种。

　　优选的，所述添加剂为晶型控制剂，为柠檬酸、酒石酸、琥珀酸、苹果酸、硫酸、丙氨酸、谷氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甘氨酸或葡萄糖中的至少一种。

　　优选的，所述恒温水浴的温度为25~35℃。

　　优选的，所述反应时间为60~80min。

　　优选的，所述烘箱干燥的温度为70~90℃。

　　优选的，所述激光的输出功率为28~32dbm，脉冲频率为40~60kHz。

　　由上述方法制备得到的一种用于污水处理的三维花状复合光催化剂。

　　本发明通过冰冻和诱导剂制备了花状的碳酸钙，将二硫化钼沉积在花状的碳酸钙上，形成独特的三维立体结构，使其比表面积得到了显著提高，提高了其对光的利用率，使其在水中催化降解污染物得到了提高，并且成本低，可大规模制备。将本发明制备的复合光催化剂与微米级球形复合光催化剂、微米级纤维状复合光催化剂进行对比，在比表面积、光利用率、污染物降解率及成本上，具有明显的优势。

　　本发明提供了一种用于污水处理的三维花状复合光催化剂及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

　　1、提出了采用微米级花状碳酸钙晶体复合制备用于污水处理的三维花状复合光催化剂的方法。

　　2、通过将二硫化钼沉积在花状的碳酸钙上，形成独特的三维立体结构，显著增加了复合光催化剂的比表面积，提高了其对光的利用率。

　　3、本发明制得的复合光催化剂的光催化活性高，对污染物的降解率高，可广泛用于污水处理领域。

　　4、本发明的制备过程简单，原料来源广泛，生产率高，制备成本低，可大规模推广生产应用。

如需降低污水处理成本或资源化回收利用，请拨打：400-000-2365