[发明专利]一种掺杂Fe的锌基硫化物光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺杂Fe的锌基硫化物光催化剂及其制备方法和应用，属于光催化技术领域。

背景技术

随着现代工业的发展，工业废水的排放量也正在逐年增大，其废水中常含有大量的难降解有机物，如双酚A、苯酚等等。这些难降解有机物可通过呼吸道、消化道摄入人体，亦有可能通过皮肤吸收进入人体，影响组织细胞供氧而造成内窒息，某些类别还具有致癌性。因此，大量难降解有机污染物进入水体，会给人类健康和生态环境带来了很大危害。基于难降解有机物的诸多危害，水体中难降解有机物的去除已经成为水处理中很重要的一个方面。而光催化氧化作为一种高级氧化技术，在处理污水治理、去除有机废气和有毒气体领域得到较快的发展。自1972年Honda和Fujishima提出TiO₂具有光催化效应之后，光催化技术获得了空前的关注与迅猛的发展。目前已开发的大多数光催化剂禁带宽度比较大(Eg>3.0eV)，因此，只能利用太阳光谱中约5％的紫外光进行水处理。为了充分利用太阳能，研发高活性的可吸收可见光的催化剂成为最近的研究热点。

相比于氧化物半导体光催化剂，硫化物半导体的禁带宽度较小，有较好的可见光响应和活性。制备多元锌基硫化物的方法主要有沉淀法和水热法，其中，沉淀法是制备此类半导体材料的主要方法，通过进一步煅烧可以得到物相纯度高、晶化程度好、形貌结构可控的纳米材料。上述制备方法都需经过后续高温热处理 才能实现半导体材料的晶化。

微波水热法是近年来新兴的无机材料制备方法，其优点是制备时间短、无需后续晶化热处理，材料直接在微波水热过程中实现晶型的转化，颗粒分散均匀，粒径能达到纳米级尺寸且形貌可控。如中国专利申请(公开号：CN104353470A)公开了一种纳米ZnNilnS固溶体光催化剂及其制备方法，按重量份数比计称取1～8份的无机锌盐；0.01～1.8份的无机镍盐0.005～0.9份的无机铟盐和2～16份的硫源；备用；将无机锌盐、无机镍盐和无机铟盐加入去离子水中，搅拌均匀，得到混合液；向混合液中加入硫源，超声分散10～15min；得到分散液，然后将分散液装入微波反应釜中，在温度为160℃～180℃，微波水热反应40～45min，冷却，离心、洗涤和干燥得到纳米ZnNilnS固溶体光催化剂，其中，光催化剂化学式为Zn_xNi_yIn_yS_(x+2y)，其中，0.98＜x＜1，0.001＜y＜0.01。由于其掺杂的In离子本身具有一定的光催化效果，使其掺杂后具有较好的光催化效果，但其掺杂的Ni和In离子本身价格较贵，成本较高，不利于工业化生产，且其掺杂的In离子具有一定的毒性，在降解有污染水体时具有一定的局限性，且该方法需要在160℃～180℃的高温条件下反应，存在一定的安全隐患，且能耗也高。

发明内容

本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，提出一种掺杂Fe的锌基硫化物光催化剂及其制备方法和应用，解决的问题是实现具有光催化效果好，易于降解有机物且原料成本低的效果。

本发明的目的之一是通过以下技术方案得以实现的，一种掺杂Fe的锌基硫化物光催化剂，所述光催化剂的结构式如下所示：

Zn_(2-3x)/2Fe_xS

其中，式中x为0.01～0.06。

本发明的掺杂Fe的锌基硫化物光催化剂，通过采用Fe³⁺掺杂来代替传统的采用In离子进行掺杂之后，很好的解决了存在毒性问题，同时，由于本发明的光催化剂中掺杂的Fe³⁺所用的原料基本采用常规的铁盐原料即可，原料丰富且成本低，更易于工业化生产。同时，本发明通过控制Fe³⁺原子的掺杂量在0.01～0.06正是考虑到其对光催化的作用，所述Fe³⁺原子掺杂量过多或过少均不能达到较好的光催化效果，且本发明的光催化剂表面形貌的比表面积大，更有利于吸附有机物，提高了降解有机物的效果。更主要的是本发明的光催化剂通过掺杂Fe³⁺原子不仅具有较好的光催化效果，而且还具有光稳定性好，使其具有重复利用性好的效果。

在上述掺杂Fe的锌基硫化物光催化剂中，作为优选，所述光催化剂的结构式如下所示：

Zn_(2-3x)/2Fe_xS