[发明专利]3D菊花状Z型Bi2

说明书

本发明涉及3D菊花状Z型Bi₂S₃@CoO异质结复合催化剂及其制备方法和应用。将CoO和Bi(NO₃)₃加入到二次蒸馏水中，持续搅拌后，逐滴加入Na₂S水溶液，搅拌反应后，离心取固体物，用二次蒸馏水反复洗涤至中性，干燥后，将产物放入管式炉中，于250℃下煅烧2h，得目标产物。本发明的Bi₂S₃@CoO对四环素的降解率可达90％，对金霉素降解率可达70％以上。本发明具有简便、高效、成本低、制备的复合材料具有带隙窄、比表面积大、催化活性高的特点，且有良好的可见光吸收性能和良好的稳定性，光电效率高，光电催化降解有机物效果好，能够应用于光电催化降解有机物以及传感器等领域。

技术领域

本发明涉及可见光响应的3D菊花状Z型Bi₂S₃@CoO异质结复合催化剂及其在降解有机污染物中的应用，主要针对来自于制药行业的废水，属于水处理领域。

背景技术

光电催化作为一种新型的废水处理技术，其在有机废水的深度处理方面已显示出广阔的应用前景，它以彻底降解有机污染物为显著优点而受到国内外研究者的普遍关注。光电催化过程具有对有机物的降解几乎无选择性，能彻底降解有机污染物，无二次污染，设备简单，投资少，效果好等独特的优点。光电催化氧化技术是半导体催化剂通过太阳光或紫外光作用产生氧化能力很强的空穴，将有机污染物降解为H₂O和CO₂。该技术具有对有机物的降解选择性低、价廉易得、可回收重复利用、运行费用低等特点。传统的光催化氧化技术采用 TiO₂为催化剂，具有价廉、无毒、催化活性高、氧化能力强、稳定性好、易于回收的特点。但是，由于TiO₂的能带带隙较宽(约为3.2ev)，需要能量较高的紫外光才能使其价带中的电子受激发，而表现出光催化活性。而在自然界中，太阳光中的紫外线含量较低，只占太阳光总照度的4％左右，对太阳光的利用率较低。另外，光生电子和电子空穴的复合也导致光量子产率低，限制了该技术在实际中的应用。

研究发现，CoO催化剂具有良好的催化性能，由于其廉价及易得的优点受到青睐，它的能带带隙较窄(2.4eV左右)，其对光的吸收主要集中在500nm左右，材料能够充分利用可见光，但因其带隙较窄，光生电子和空穴很容易复合，其氧化还原能力较弱。

四环素类抗生素(tetracycline antibiotics，TCs)是一类广谱抗生素，包括金霉素 (chlotetracycline，CTC)和四环素(tetracycline，TC)，硝基苯酚(n-NP)广泛应用于医疗及畜牧业方面。含有TCs的废水不仅对植物具有不可估量的的损害，更重要的是会随着食物链反馈到人体，造成抗生素的大量富集，极大地损害人类的身体健康。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种具有可见光响应并提高光生电子和光生空穴的分离效率的 3D菊花状Z型Bi₂S₃@CoO异质结复合催化剂及其制备方法。

本发明的目的之二是提供一种利用3D菊花状Z型Bi₂S₃@CoO异质结复合催化剂光电催化降解废水中有机污染物的方法。针对有机物废水浓度高、化学需氧量(COD)高、难降解等特点，通过将负载催化剂的碳纸与工作电极连接、铂丝与对电极，甘汞电极与参比电极连接，通过电化学工作站给予0.5V/-0.5V的电压，氙灯给光进行光电催化降解。

本发明采用的技术方案是：3D菊花状Z型Bi₂S₃@CoO异质结复合催化剂，按质量比，Bi₂S₃:CoO＝(2-10):100。