[发明专利]一种CuS掺杂纳米TiO2

说明书

本发明涉及催化剂的制备技术领域，具体公开了一种CuS掺杂纳米TiO₂光催化剂、制备方法及其应用。本发明提供的CuS掺杂纳米TiO₂光催化剂的制备方法，采用TiO₂包覆CuS纳米棒得到TiO₂/CuS结合牢固的光催化剂，避免了传统CuS负载型TiO₂光催化剂使用过程中易发生CuS流失导致催化剂活性下降以及污染环境的弊端；同时，本发明的催化剂对太阳能利用率高且对废水中Cr(Ⅵ)具有良好去除率。

技术领域

本发明涉及催化剂的制备技术领域，具体涉及一种CuS掺杂纳米TiO₂光催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

随着工业化进程的不断深入，电镀、冶金、皮革、印染和颜料行业的迅速发展，环境中产生了大量的含铬废水。铬在水中通常以Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的形式存在，而六价铬离子难降解、高毒且具有致癌性，若直接排入水体，会对环境和人类健康产生严重危害。目前国内外处理含铬废水的主要方法有物理处理法、化学处理法和生物处理法等，然而，传统的处理方法难以达到令人满意的效果，而近年来发展的光催化技术具有工艺简单、能耗低、操作条件容易控制和使污染物降解彻底的特点，被认为是具有良好发展前景的环保新技术。光催化还原法处理含Cr(Ⅵ)废水，主要是利用半导体光催化剂对Cr(Ⅵ)的吸附性能，同时利用自然界存在的光能激发半导体光催化剂中的价带电子，并利用光生电子的强还原性，把Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)并生成氢氧化物沉淀的形式，从而达到去除废水中Cr(Ⅵ)的目的。

目前，高性能的光催化材料主要有TiO₂、ZnS以及CdS等，而纳米TiO₂因其具有独特的表面效应、量子效应、尺寸效应及较高的化学稳定性、良好的紫外光催化活性等优点成为当前最有应用潜力的光催化材料之一。但单纯的纳米TiO₂在处理含Cr(Ⅵ)废水时还存在如下问题：1.纳米TiO₂催化剂对Cr(Ⅵ)的吸附能力不够强，导致光生电子的有效利用率不高，对Cr(Ⅵ)的去除率不高，难以处理溶度较高或量比较大的工业废水；2.TiO₂是宽禁带光催化剂，锐钛矿相二氧化钛的禁带宽度为3.2eV，吸附阀值约为387nm，其只能被紫外光所激发，而紫外光只占太阳光能量的4％左右，因此，TiO₂光催化反应的太阳能利用率比较低。为此，现有技术中公开了一种CuS修饰的固定化TiO₂纳米带光催化剂的制备方法，该方法是先制备固定化TiO₂纳米带，然后将所述TiO₂纳米带置于硝酸铜和硫化钠混合液中进行连续离子层吸附，制得CuS负载的TiO₂光化学催化剂。然而，CuS负载的TiO₂光化学催化剂在使用过程中容易发生CuS流失，造成催化剂活性下降，同时流失的CuS还会造成环境污染。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中CuS修饰的纳米TiO₂光化学催化剂中CuS易流失导致的缺陷，从而提供一种工艺简单的CuS掺杂纳米TiO₂光催化剂的制备方法，该方法制得的光化学催化剂对废水中Cr(Ⅵ)去除率高，且CuS不易流失；同时，本发明提供了根据所述制备方法制得的CuS掺杂纳米TiO₂光催化剂及其应用。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种CuS掺杂纳米TiO₂光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

将CuS纳米棒充分分散于第一溶剂中，加入TiO₂前驱体，混合均匀后将混合液在120～180℃下进行溶剂热反应8～12h，对所得产物进行冷却、过滤、洗涤和干燥，即得CuS掺杂纳米TiO₂光催化剂。

进一步地，所述CuS纳米棒与所述TiO₂前驱体的物质的量比为(0.5～2.5)：1。