[发明专利]一种可见光催化降解有机污染物的反蛋白石材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可见光催化降解有机污染物的反蛋白石材料及其制备方法，可以对水体中有机污染物（如罗丹明B）有效去除。首先使用垂直沉积法得到聚苯乙烯蛋白石，通过一步法合成氮掺杂二氧化钛反蛋白石（N‑TiO₂ IO），并复合窄带隙半导体CdSe，得到硒化镉复合氮掺杂二氧化钛反蛋白石（CdSe/N‑TiO₂ IO）。本发明先制备了氮掺杂二氧化钛反蛋白石，具有三维周期性孔洞结构及光子带隙的特征，使其相对于普通多级分孔材料，在光催化方面表现出更好的催化效果；再对N‑TiO₂ IO复合硒化镉，利用氮掺杂与CdSe复合的协同效应，增强光捕获效率，得到吸收可见光的复合材料，可以有效降解污染物，并且可以循环使用，有利于提高材料的处理能力，降低使用成本。

技术领域

本发明属于无机复合材料技术领域，具体涉及一种可见光催化降解有机污染物的反蛋白石材料及其制备方法，可以对水体中染料有效去除。

背景技术

随着科技发展，染料与人类日常生活联系日益紧密。如今，合成染料广泛应用于食品、印染、化妆品和医药等行业。纵观全世界每年使用的染料大约有12%在其加工制造和操作处理中流失，其中又有20%通过废水进入环境，造成水环境污染。可见，染料废水严重危害水环境。这些染料通常具有生物毒性和致癌性，且在环境中依靠微生物较难降解完全。因此，寻找廉价、高效、节能的方法降解染料废水，已成为环境研究的热点问题。

自1972年Honda等利用TiO₂电极光解水制氢，基于半导体光催化剂的材料研究迅速发展。光催化是指半导体在光的照射下，半导体材料发生光生载流子的分离，光生电子和空穴再与离子或分子结合，生成具有氧化性或还原性的活性自由基，这种活性自由基能将有机物大分子降解为二氧化碳或其他小分子有机物以及水的过程。因此，光催化技术具有效率高及成本低等优点。

如今，针对ZnO、TiO₂、CdS和SnO₂等半导体光催化性能研究日益深入。其中，二氧化钛具有较好的光催化活性、高稳定性、耐酸碱性、光照后不发生阳极光腐蚀、对生物无毒性、来源丰富和低成本等优点，因此最常被用来进行光催化研究。但是，二氧化钛在光催化领域的应用受到了下列因素限制：（1）光生电子空穴复合导致较低量子产率（~10%）；（2）二氧化钛带隙较宽（3.2 eV），仅吸收5%太阳能，需要在紫外光激发下才具有光催化活性；（3）二氧化钛与污染物之间质量传输速率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种可见光催化降解有机污染物的反蛋白石材料及其制备方法，可以对水体中染料有效去除。

为达到上述目的，本发明具体技术方案如下：

一种可见光催化降解有机污染物的反蛋白石材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）在氮源存在下，以二氧化钛前驱体为原料，一步法制备氮掺杂二氧化钛反蛋白石（N-TiO₂ IO）；

（2）在还原剂存在下，以氮掺杂二氧化钛反蛋白石、硒前驱体、镉前驱体为原料，制备硒化镉复合氮掺杂二氧化钛反蛋白石（CdSe/N-TiO₂ IO）。

上述技术方案中，氮源为尿素；二氧化钛前驱体为四氯化钛，钛酸四正丁酯或钛酸四异丙酯；还原剂为硼氢化钠，亚硫酸氢钠或亚硫酸钠；硒前驱体为硒；镉前驱体为氯化镉。

上述技术方案中，步骤（1）为，将聚合物微球模板浸泡于二氧化钛前驱体溶液以及氮源溶液的混合液中，然后干燥、煅烧，得到氮掺杂二氧化钛反蛋白石；步骤（2）为，将还原剂、氮掺杂二氧化钛反蛋白石、硒前驱体、镉前驱体、溶剂混合后加热反应，然后冷却，再经过清洗、干燥，得到硒化镉复合氮掺杂二氧化钛反蛋白石。

上述技术方案中，聚合物微球为粒径为200~600 nm的聚苯乙烯小球；二氧化钛前驱体溶液包括乙醇、络合剂（比如乙酰丙酮，二乙醇胺或三乙胺）；氮源溶液的溶剂为乙醇；溶剂为水，乙二醇或乙醇。