[发明专利]UiO-66负载硫化锡纳米颗粒光催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种UiO‑66负载硫化锡纳米颗粒光催化剂的制备方法，首先以锆盐和有机配体为前驱体，极性溶剂为分散剂，采用溶剂热法制备得到正八面体UiO‑66白色固体粉末；然后将正八面体UiO‑66白色固体粉末分散于蒸馏水中，室温下搅拌形成均匀的乳白色溶液；乳白色溶液中依次加入锡源和硫源，经超声溶解并搅拌20~50 min后转移至聚四氟乙烯内衬的高压釜中恒温加热，经冷却至室温后离心分离，得到橙色产物；最后，橙色产物依次经无水乙醇和蒸馏水洗涤后，干燥过夜，即得UiO‑66负载硫化锡纳米颗粒光催化剂，记作SnS₂NP_S@UiO‑66。本发明操作简单、原料易得、成本低廉，所得光催化剂具有优异的光催化降解性能。

技术领域

本发明涉及复合材料科学领域和废水处理技术领域，尤其涉及UiO-66负载硫化锡纳米颗粒光催化剂的制备方法。

背景技术

四环素（TC）作为一种广谱抗生素，广泛用于预防人类和动物感染。不幸的是进入人体或动物体内的四环素仅有部分代谢，而大部分通过尿液和粪便的形式排出体外。目前已发现在各种水体中都含有四环素，这对环境和人类健康造成极大的破坏。但是由于传统的废水处理方式成本过高、耗时过长而不能有效地去除水中残留的抗生素。因此，需要开发一种新型高效、低成本、周期短且无污染的有效方法以减少废水中的抗生素。为了解决这个问题，光催化作为一种绿色化学技术已经引起了人们广泛的关注。

近年来，考虑到越来越多的能源危机和环境修复，由于半导体光催化剂对可见光的直接响应和有效利用而引起了人们的极大兴趣。在各种半导体光催化剂中，金属硫化物因其合适的带隙和催化功能，已被证明是光化学反应中的一类高效催化剂，如CdS、SnS₂、In₂S₃、MoS₂、WS₂、Bi₂S₃等。其中CdS因其自身优异的光催化性能已被广泛用于各种光催化材料，但它会向环境中释放有毒重金属（Cd²⁺），从而造成二次污染。目前用具有与其类似带隙能（2.0~2.5 eV）且无毒、材料生产成本低的硫化锡（SnS₂）来代替，因此，SnS₂已成为有前途的光催化剂之一。但是，光诱导电子-空穴对的快速重组严重降低了SnS₂的能量转换效率，为了促进SnS₂的光生载流子的分离，已经报道了相关的改进方法，例如：赵晓华等（CN110038593A）通过煅烧、水热离子交换的方法制备了一种高效光催化还原Cr(VI)的空心球状C@SnO₂@SnS₂三元复合物，三者之间的协同作用以及空心结构的形貌增强了三元复合物对可见光的吸收利用能力，促进了光生电荷的分离，该三元复合物对Cr(VI)的吸附和可见光催化降解能力显著增强。Sun等（Materials Chemistry and Physics, 2019, 229: 92-97）将SnS₂纳米颗粒负载于石墨烯片上制备了光催化材料，两者的结合有效促进光诱导载流子的分离，从而增强了光催化能力，在120 min内对甲基橙的降解率达到98.7%。但是，由于单一的纳米颗粒很容易聚集形成大的颗粒，从而导致比表面积减小和有效的反应位点降低。因此，有必要为提高SnS₂纳米颗粒的分散性，选择合适的具有大比表面积和能带结构的支撑基质，以改善光催化活性和稳定性。

金属有机框架（MOFs）是一类新兴的多孔晶体材料，由于其独特的理化特性、高比表面积、结构多样、孔径可调等特点而具有很多潜在的应用。一些MOFs材料因其半导体的行为被认为是光催化有前途的候选者，但是，大多数MOFs只能响应紫外光，从而限制了它们的实际应用。最近，MOFs材料被作为载体与纳米颗粒结合构筑异质结光催化材料是一种拓宽光吸收范围和降低电子空穴对重组的有效策略。在许多MOFs材料中，UiO-66(Zr)因其极高的热稳定性和化学稳定性而被广泛地探索为非常合适的载体。

发明内容