[发明专利]一种高效降解有机染料废水的可见光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

一种高效降解有机染料废水的可见光催化剂及其制备方法，本发明属于环境和能源技术领域，具体涉及氧化亚铜/交联壳聚糖/铁酸锌三元复合可见光催化剂的制备及用于处理有机染料废水。

背景技术

随着现代工业的迅速发展，工业废水的排放量越来越大。在各类工业废水中，染料废水由于其色度深、COD高、以及含有大量致畸、致癌的偶氮化合物，严重危害生态环境，对人们的生活和健康带来了威胁，是一类难以处理的废水，亟需有新的绿色、高效处理技术。

光催化作为一种绿色能源技术，因处理能力强、反应条件温和、无二次污染而引起了国内外学者的广泛关注。光催化剂本质上是一种半导体材料，当吸收能量大于或等于其带隙能的光线时，价带上的电子会激发跃迁至导带，从而形成空穴电子对。这些空穴和电子，是具有很强氧化、还原能力的载流子，可以将吸附在半导体表面及周围的化学物质分解，甚至矿化为H₂O 和CO₂ 等无机小分子。目前，光催化领域中研究较为深入的是纳米二氧化钛基光催化剂，它们具有化学性质稳定、抗磨损、耐光腐蚀、成本低和无毒等特点，除被用于降解有机物和杀菌外，在光解水和太阳能电池的制备等方面也有广泛的应用。然而，二氧化钛的带隙能(3.2eV) 过宽，其激发波长为387.5nm，属于紫外光区。而对于太阳光谱，主要能量集中于460nm～600nm 波长范围，紫外光所占比例不足4%，因此二氧化钛对太阳光的利用效率极低；二氧化钛的光生载流子( 电子和空穴) 的复合几率高，导致量子效率降低，影响光催化效率；此外，处理废水时，悬浮于体系中的二氧化钛纳米颗粒容易发生团聚、失活，反应结束后回收较为困难，难以循环使用。因此，从充分利用太阳光的角度出发，制备一种易于回收循环利用、高光电转化效率的可见光催化剂在能源和环境领域均具有重要的意义。

铁酸锌（ZnFe₂O₄）是一种半导体（带隙能为1.9eV），有转化可见光的潜力，对可见光敏感。然而，其价带电势较低、光电转化效率低，使其不适合直接用于光催化降解有机染料，但铁酸锌有磁性，可通过外加磁场低成本回收循环利用，且具有对可见光敏感的优势。氧化亚铜，一种p-型半导体，带隙能为2.17eV，成本低廉，是一种很有前景的新型可见光催化材料，近期开始引起关注。但氧化亚铜有易团聚、从而大大降低催化比表面积，影响光催化效率；难以回收、易残留；电子和空穴对的复合几率高等问题。因此有必要对光催化剂进行复合改性，以期得到稳定、易于回收循环利用的高性能可见光催化剂。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术存在的缺陷，提供一种高效降解有机染料废水的可见光催化剂及其制备方法，以期得到稳定、易于回收循环利用的高性能可见光催化剂，实现绿色、高效、低成本地处理有机染料废水。

本发明的技术方案：一种高效降解有机染料废水的可见光催化剂及其制备方法，可通过以下技术方案实现：将铁酸锌和壳聚糖醋酸溶液混合，加入戊二醛交联，得到交联壳聚糖/铁酸锌复合物；低温水热条件下，在交联壳聚糖/铁酸锌复合物表面生长氧化亚铜，得到表面树枝状的球形氧化亚铜/交联壳聚糖/铁酸锌三元复合可见光催化剂，用于有机染料废水的处理。

一种高效降解有机染料废水的可见光催化剂及其制备方法，包括如下步骤：

纳米磁性铁酸锌（ZnFe₂O₄）晶体的制备：根据文献（Shihong Xu，Journal of Physical Chemistry C，2009，113（6），2463-2467），采用水热法制备。为褐色晶体，尖晶石型，XRD(2θ)：29.86^o，35.28^o，42.61^o，56.53^o，61.94^o，见图3，文献值为：30.00^o，35.31^o，42.91^o，56.53^o，62.11^o；FT-IR(KBr)：558cm^-1(Zn-O)，425cm^-1(Fe-O)。

氧化亚铜/交联壳聚糖/铁酸锌三元复合可见光催化剂的制备：