[发明专利]一种催化材料及其制备方法、光催化剂

说明书

本发明涉及水处理技术领域，具体公开了一种催化材料及其制备方法、光催化剂，所述催化材料包括以下原料：N‑CQDs粉料和CuFe‑LDH分散液；其中，CuFe‑LDH分散液包括以下的原料：三价铁源、二价铜源以及适量的碱溶液。本发明通过将CuFe‑LDH与氮掺杂碳量子点进行复合得到催化材料，循环效率高，可反复回收利用，拓宽了光芬顿反应的pH范围，解决了现有层状双金属氢氧化物催化材料存在金属氧化还原循环效率低、光催化量子效率低和光芬顿反应降解水中有机污染物效率低，且pH适用范围较窄的问题。而提供的制备方法简单，制备的催化材料促进了Fe³⁺/Fe²⁺和Cu³⁺/Cu²⁺氧化还原对的循环，提高了光催化量子效率。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体是一种催化材料及其制备方法、光催化剂。

背景技术

随着工业化的大力发展，使得废水中难降解有机污染物的含量不断增高，高级氧化技术作为有机废水处理的一种重要手段，在水处理领域逐渐占据重要的地位。其中芬顿法是一种应用非常广泛的高级氧化技术。传统的芬顿法是指过氧化氢在二价铁的催化作用下产生羟基自由基，再由羟基自由基将污水中的有机污染物氧化分解。但传统的芬顿法可应用的pH范围小，只在pH为2-4的酸性条件下有效发生，且在实际运用过程中需要消耗大量的过氧化氢和Fe²⁺，并且Fe²⁺容易被氧化成为Fe³⁺，从而产生大量含铁污泥，增加的剩余污泥的处理费用。

目前，层状双金属氢氧化物(Layered double hydroxide，LDH)具有较低的禁带宽度，因此LDH可以作为多相催化剂重复使用，不会造成催化剂泄漏和二次金属污染。但是，LDH通常由于其较低的载流子迁移率，所以在紫外光和可见光照射下具有较低的量子产率。为了解决上述的环保问题，部分研究者们利用采用共沉淀法制备了铜铁层状双金属氢氧化物(Cu-Fe layered double hydroxide，CuFe-LDH)，其中，铜铁层状双金属氢氧化物作为一种良好的光芬顿催化剂，在废水中有机污染物降解速率、适用pH范围和Fe²⁺消耗量等方面都有所改善，但是并未达到理想效果，对Fe³⁺/Fe²⁺和Cu³⁺/Cu²⁺氧化还原对的循环效率较低，而且光催化量子效率比较低，pH适用范围较窄。因此，设计一种光催化量子效率高且循环效率高的催化材料，成为目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种催化材料，以解决上述背景技术中提出的现有层状双金属氢氧化物催化材料存在循环效率低和光催化量子效率低，且pH适用范围较窄的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种催化材料，包括以下的原料：N-CQDs(氮掺杂碳量子点，Nitrogen dopedcarbon quantum dots)粉料和CuFe-LDH分散液，且所述CuFe-LDH分散液中CuFe-LDH的质量与所述N-CQDs粉料的质量之比为33％-40％；其中，所述CuFe-LDH分散液包括以下的原料：铁源、铜源以及适量的碱溶液，所述铁源与所述铜源的摩尔比为45％-58％。

作为本发明进一步的方案：所述碱溶液选自氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。

优选的，所述碱溶液是氢氧化钠溶液，具体是取2-3g的氢氧化钠溶于190-200mL去离子水中得到碱溶液。

作为本发明再进一步的方案：所述铁源为三价铁源，具体选自三氯化铁、硫酸铁或硝酸铁中的任意一种。当然，也可以根据需要选择其他类型的可溶性铁盐。

作为本发明再进一步的方案：所述铁源选自硝酸铁或三氯化铁，优选的，所述铁源是Fe(NO₃)₃·9H₂O或FeCl₃·6H₂O。