[发明专利]Cu3B2O6/g‑C3N4异质结光催化剂的制备方法及其降解亚甲基蓝染料废水的方法

说明书

技术领域

本发明属于工程材料技术领域，涉及一种Cu₃B₂O₆/g-C₃N₄异质结光催化剂的制备方法及利用其降解亚甲基蓝染料废水的方法，具体内容为以柠檬酸、醋酸铜、硼酸及三聚氰胺为原料，采用研磨-煅烧制备法得到Cu₃B₂O₆/g-C₃N₄异质结光催化剂，在可见光照条件下降解废水中的亚甲基蓝染料。

背景技术：

我国是生产染料的大国，染料产量位居世界第一，目前染料工业废水排放量已达1.57 亿吨/年。根据1998年环境公报的数据，目前我国工业废水治理率约为87.4％。而作为环境污染物的染料种类多、结构复杂，全世界使用的合成染料达3万多种。

亚甲基蓝作为一种常见的染料，是一种芳香杂环化合物。该类染料在其生产、使用过程中产生大量废水。染料废水中残存的染料组分即使浓度很低，排入水体也会造成水体透光率降低，导致水体生态系统的破坏。一些去除染料污染物常用的物理方法如活性炭吸附、超滤、反渗透、化学絮凝、离子交换等等都没有对染料分子进行降解，它们只是一种对污染物的富集过程，因此还会产生二次污染，结果仍需要耗费大量资金进一步再生吸附剂和固体废物进行后续处理。用传统方法处理染料废水效果不尽理想，有时处理过程中甚至形成苯、苯胺等“三致”物质。因此必须探索一种能使染料化合物完全分解的新方法。此外，为了满足深度染色的要求，传统的生物处理方法也难以对高浓度的染料废水进行脱色和降解。

1972年，日本科学家Fujishima和Honda首先发现p型和n型半导体电极能够光解H₂O分别产生H₂和O₂，由此开启了光催化研究的先河，并且使人们开始意识到光催化技术在新型能源开发和利用方面的巨大潜力；此后，Frank等人以TiO₂作为光催化剂将CN^-氧化为 OCN^-，第一次实现将光催化剂运用与处理水中污染物。迄今为止，许多研究已经证实光催化剂在光照条件下能够彻底地将有机污染物矿化为CO₂、H₂O等小分子，具有快速高效、工艺简单、无二次污染等优点，逐渐被认为是解决废水污染乃至难分解有机污染物最具有前景的方法之一。然而，大多数半导体光催化剂的应用都受限于同样的问题：①带隙太宽导致只能响应不足太阳能辐射5％的紫外光区，对太阳能中47％的可见光利用率很低；②价带和导带的电位很难同时满足各种催化反应的点位需要；③光生电子-空穴对容易复合，量子效率很低。因此，寻找高效的可见光催化材料仍是科学界的一项重要课题。与此同时，优化已有材料是开发高效光催化剂的另一条途径。

氮化碳是近几年来新兴的非金属半导体材料，其中类石墨型氮化碳(g-C₃N₄)是最稳定的同素异形体，带隙为2.7eV，对可见光有很好的响应。g-C₃N₄是由三氮杂苯单元构成的聚合物，热稳定性和化学稳定性较强，因而受到科学界的广泛关注，在可见光催化反应方面主要应用于光解水及有机污染物的降解等。然而单纯的g-C₃N₄的传导性和电子转移能力较弱，高温聚合制备过程也使其比表面积较低，相对催化效率低。因此，为了提高g-C₃N₄聚合物半导体的可见光催化性能，有必要对其进行修饰改性，制备出新型的 g-C₃N₄基复合光催化剂。而值得注意的是，g-C₃N₄呈二维平面共轭结构，且具有一定的层间距，是构筑异质结光催化剂的良好基底材料。硼酸铜(Cu₃B₂O₆)在近年被发现具有一定光催化性能，但是其带隙结构决定其对可见光的利用率较低。通过计算，发现硼酸铜与氮化碳的价带位置较为匹配，能与氮化碳形成稳定的异质结结构。

发明内容：