[发明专利]一种用于污水处理的硫化铋复合光催化剂及制备方法

说明书

本发明属于污水处理的技术领域，提供了一种用于污水处理的硫化铋复合光催化剂及制备方法。该方法以硝酸铋、硫代乙酰胺和水配制硫化铋前驱体溶液，以乙酸镉、硫化钠、巯基乙酸、尿素和水配制溶液并水热反应制得氮掺杂的硫化镉量子点溶液，然后将硫化铋前驱体溶液与氮掺杂的硫化镉量子点溶液混合并微波水热反应制得氮掺杂硫化镉量子点修饰的硫化铋复合光催化剂。与传统方法相比，本发明的制备的硫化铋复合光催化剂，光能吸收能力强，吸光效率高，并且可有效实现光生电子和空穴的有效分离，遏制了光腐蚀的发生，催化活性高，可快速高效降解废水中的污染物。

技术领域

本发明属于污水处理的技术领域，提供了一种用于污水处理的硫化铋复合光催化剂及制备方法。

背景技术

随着科技的高速发展和人类文明的进步，各种环境污染越来越严重，其中水污染尤为引起全球范围内的广泛重视。目前许多国家的地表水和地下水均受到不同程度的污染，水污染物主要来自工业、农业以及生活污水。传统的污水处理技术的处理效果不理想，易产生废料和二次污染，而且适用范围有限，成本也比较高，光催化技术因其在环境保护、清洁能源制备等领域广阔的应用前景，而受到高度重视，成为一种极具应用前景的技术。

光催化氧化技术是一种高级氧化技术，其机理是光催化剂在光照的条件下能够产生强氧化性的自由基, 该自由基能彻底降解几乎所有的有机物，并最终生成H₂O、CO₂ 等无机小分子。近年来，光催化氧化技术在有机污染物处理方面得到了广泛的研究，几乎所有在水中可能存在的有机污染物都可被光催化氧化法降解并矿化，其研究和发展的主要课题是新型高效光催化剂的应用。

在现有常用的光催化剂中，硫化铋的禁带宽度约为 1.8eV，几乎能够在紫外可见光区都有吸收，因此是一种很有潜力的可见光催化剂，然而由于其光致电子和空穴容易复合，其光催化效率也不高。而且硫化铋容易被光催化过程中所产生的光致空穴氧化而产生Bi 离子和 S，从而催化剂本身发生光腐蚀，催化剂的稳定性差，重复利用效果不理想。通过与其他导体或者半导体进行复合，能够快速的实现光致电子和空穴的分离，从而可以有效地避免光致电子和空穴的复合，还能够在一定程度上阻止光致电子和空穴与催化剂本身发生反应。因此复合硫化铋光催化剂的研究成为热点。

目前国内外在污水处理光催化剂，尤其是硫化铋复合光催化剂方面已取得了一定成效。其中王喜全等人发明了一种制备硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂的方法及其应用（中国发明专利申请号201611077333.X），该方法将一定量硫源和铁酸铋按比例分散到无水乙醇溶剂中，超声后，转移至聚四氟乙烯内衬反应釜进行反应；将反应后所得棕色或黑色沉淀进行离心分离、洗涤、干燥，得到不同比例的硫化铋-铁酸铋复合光催化剂；采用卤钨灯为可见光光源，以罗丹明B染料作为有机污染物，将复合催化剂粉体与罗丹明B溶液充分混合以光催化降解模拟水环境中的罗丹明B有机污染物；该方法在3小时内去除水中96％以上的罗丹明B染料，催化剂活性好且性能稳定；该硫化铋-铁酸铋为复合可见光催化剂，可直接利用太阳能光催化氧化处理污水，在污水治理方面有良好的发展前景。另外，尹双凤等人发明了一种空心树状氧化铋-硫化铋复合物的制备与应用（中国发明专利申请号201310349113.8），制备方法为：（1）取五水硝酸铋搅拌溶解于稀硝酸，然后用定量的碱溶液调节硝酸铋溶液的pH值为9~14；然后将溶液转移至晶化反应釜中，80~200℃下反应0.5~12小时，冷却，过滤分离，去离子水洗涤，无水乙醇洗涤，干燥焙烧，即得空心管状氧化铋；（2）将上述制得的空心管状氧化铋分散于去离子水中，搅拌下加入水溶性硫化物，控制氧化铋与硫化物的摩尔比为1:[1~8]，然后将所得溶液转移至晶化反应釜中，40~180℃下反应0.5~36小时，冷却，过滤分离，去离子水洗涤三次，无水乙醇洗涤，干燥，即可得空心树状氧化铋-硫化铋复合物；此发明还涉及该空心树状氧化铋-硫化铋复合物作为光催化剂的应用。

可见，现有技术中的硫化铋光催化剂的光能吸收能力差，吸光效率低，由于其光致电子和空穴容易复合，光催化效率也不高，并且存在易发生光腐蚀，催化剂的稳定性差，重复利用效果不理想，无法快速高效降解污水中的污染物等缺点。