[发明专利]基于极窄带半导体为固体导电通道的光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及基于极窄带半导体为固体导电通道的光催化剂及其制备方法和应用。通过溶胶水热和煅烧方法制备，在Er³⁺：Y₃Al₅O₁₂@NiGa₂O₄和Bi₂Sn₂O₇之间插入一个极窄带隙半导体CoS₂，形成了一个新型的Z型光催化体系。制备的光催化剂的光催化活性通过在模拟太阳光照射下对亚硝酸盐和亚硫酸盐的转化来评估。结果表明，所制备的Er³⁺:Y₃Al₅O₁₂@NiGa₂O₄/CoS₂/Bi₂Sn₂O₇复合材料在亚硝酸盐和亚硫酸盐转化过程中表现出了高度稳定的光催化活性。

技术领域

本发明属于光催化领域，具体的涉及一种基于极窄带半导体为固体导电通道的光催化剂Er³⁺:Y₃Al₅O₁₂@NiGa₂O₄/CoS₂/Bi₂Sn₂O₇的制备方法及在光催化转化亚硝酸盐和亚硫酸盐中的应用。

背景技术

水是人类生活和生产活动不可缺少的。在现代生活中，由于工业废水和生活污水流入河流和湖泊，水污染严重。水污染直接危害人类健康，对社会生活造成巨大的负面影响。其中，地表水和地下水的亚硝酸盐和亚硫酸盐污染已经非常严重。这种紧迫的污染危机已经引起了全世界的关注。亚硝酸盐可作为食品着色剂和防腐剂，主要来自食品工业废水。含有高浓度亚硝酸盐的地下水会导致人体出现高铁血红蛋白血症，导致智力低下甚至死亡。亚硫酸盐主要来自造纸，制革，制药，人造纤维，电镀工业废水排放的废水。不仅影响水质，而且随着酸度的增加，还会产生二氧化硫，进一步污染环境。亚硝酸盐和亚硫酸盐含量过高会破坏水生动物的免疫系统，诱发各种疾病。研究亚硝酸盐和亚硫酸盐的处理对于保护和改善环境具有重要的现实意义。因此，必须尽可能减少水中亚硝酸盐和亚硫酸盐的含量。各种处理方法已被开发用于处理亚硝酸盐和亚硫酸盐，如电子透析，反渗透，离子膜，生物降解和光催化技术等。在所有的方法中，光催化被认为是一种可行的和有前途的水污染处理技术。

Z型光催化体系经适当改性后可以同时具有较强的氧化性和较强的还原性。两个合适的带隙半导体的组合和适当的电子通道的引入可以控制光生电子空穴对的复合并且扩大光的响应范围，非常适合亚硝酸盐和亚硫酸盐的太阳光光催化转化。选择合适的带隙结构的半导体光催化剂具有重要意义。NiGa₂O₄具有较宽的3.54eV带隙，可以吸收高能量的太阳光，并且由于较负的导带而具有更强的还原性。Bi₂Sn₂O₇具有2.79eV的窄带隙，可以吸收低能量的太阳光，并且由于更正的价带而具有强氧化性。在NiGa₂O₄/Bi₂Sn₂O₇光催化体系中，可以看出，NiGa₂O₄的价带与Bi₂Sn₂O₇的导带较为接近。此外，NiGa₂O₄作为宽带隙半导体，仅在紫外光照射(λ≤350nm)下才能激发，并且紫外光仅占太阳光的一小部分。这限制了NiGa₂O₄在亚硝酸盐和亚硫酸盐光催化转化中的应用。

发明内容