[发明专利]CdS/g-C3N4复合可见光催化剂、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于可见光催化领域，具体涉及一种化学沉淀法制备的CdS/g-C₃N₄复合可见光催化剂，及其在可见光下催化降解水中污染物的应用。

背景技术

光催化技术作为一种新型的环境污染治理方法，具有许多独特的优点，如反应条件温和、操作简便、能矿化绝大多数有机物、二次污染少及可利用太阳光等。目前报道的光催化剂大多带隙较宽、仅在紫外光区显示出高催化活性。但紫外光仅占太阳光总能量的5 %，而在400~700 nm的可见光占太阳光总能量的43 %。因此，为了更好地利用太阳能，研制具有可见光活性的催化剂是光催化进一步走向产业化的必然趋势。同时，高效可见光催化剂的研制对解决目前的环境问题和能源危机也具有深远的意义。

CdS是一种重要的II-VI型半导体，其禁带宽度为2.42 eV，被较广泛地用作可见光催化剂。但CdS催化剂在光催化反应过程中不稳定，易被光生空穴氧化而发生光腐蚀现象。光腐蚀现象的发生会导致CdS催化剂的稳定性变差，光催化活性降低，从而无法实现循环利用，限制其在实际中的应用。为了提高CdS在光催化反应过程中的稳定性及光催化活性，利用其他金属或非金属元素掺杂以及制备复合光催化剂成为近年来的研究重点。类石墨相氮化碳（g-C₃N₄）是碳氮化合物中的最稳定相，其光学带隙为2.7 eV，被认为是一种具有应用潜力的可见光催化剂。

基于以上分析，结合CdS与g-C₃N₄材料的各自优势，利用化学沉淀法制备出CdS-g-C₃N₄复合材料，可利于提高催化剂中电子-空穴的分离效率，抑制光腐蚀效应，可有效提高催化剂的稳定性和催化效率。这种新型高效复合催化剂的研制对可见光催化剂的发展具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高可见光响应的CdS/g-C₃N₄复合光催化剂、制备方法及其在可见光催化处理污染物中的应用。

实现本发明目的的技术解决方案为制备一种CdS/g-C₃N₄复合可见光催化剂并将其用于水中目标污染物的可见光催化降解。

一种CdS/g-C₃N₄复合可见光催化剂，其特征在于该催化剂采用以下步骤制备：

（1）将三聚氰胺在马弗炉中焙烧，冷却研磨得到g-C₃N₄；

（2）将（1）得到的g-C₃N₄加入NaOH溶液中，超声使其形成均匀分散的悬浊液；

（3）将CdCl₂溶液加入到悬浊液中，搅拌，反应完全后加入Na₂S溶液进一步反应；

（4）将（3）所得产物离心分离后洗涤，干燥得到CdS/g-C₃N₄复合可见光催化剂。

其中，步骤（1）中三聚氰胺的焙烧温度为300~600 ℃；步骤（2）中NaOH和步骤（3）中CdCl₂的摩尔比为1:1~3:1；步骤（3）中CdCl₂和Na₂S的摩尔比为1:2~2:1；步骤（4）中复合催化剂中CdS与g-C₃N₄的质量比为1:2~5:1。

将上述制备方法制得的CdS/g-C₃N₄复合可见光催化剂用于水中亚甲基蓝（MB）或甲基紫（MV）的可见光催化降解，并对反应后的催化剂进行回收再利用。

本发明与现有技术相比具有显著优点：（1）CdS/g-C₃N₄复合光催化剂对可见光具有响应，能够更好地利用太阳能，在能源利用方面具有更好的前景；（2） CdS/g-C₃N₄复合光催化剂能够抑制催化剂表面电子与空穴的复合，提高光催化效率；（3）CdS与g-C₃N₄复合后，降低了CdS被光腐蚀氧化的机率，从而使催化剂的稳定性增加，使其在实际废水处理中得以应用。因此，本发明对解决环境问题和能源危机具有一定的现实意义。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明