[发明专利]一种可见光辅助类芬顿活化过硫酸盐的光催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种可见光辅助类芬顿活化过硫酸盐的光催化材料及其制备方法和应用。光催化复合材料是以单斜相十面体钒酸铋作为基底，通过光还原mBVO{010}晶面上选择性负载金纳米颗粒和非晶态硫化钴的核壳结构。制备方法包括步骤：步骤一、用硝酸溶解五水合硝酸铋和偏钒酸铵，经熟化后得到mBVO前驱液；步骤二、将mBVO前驱液倒入聚四氟乙烯内胆的反应釜中进行水热反应；步骤三、将mBVO加入含有氯金酸的水溶液中，再加入草酸铵，充分搅拌后进行可见光照射，得到GNPs/mBVO{010}；步骤四、将将GNPs/mBVO{010}置于乙醇溶液中，加入单质硫和六水合硝酸钴，溶解后进行可见光照射，单质硫被还原并与钴离子结合生成硫化钴，沉积于金纳米颗粒上，得到GNPs@A‑CoSx/mBVO{010}。本发明具有催化活性和稳定性良好等优点。

技术领域

本发明属于环境功能材料领域，涉及一种光催化材料，尤其涉及一种可见光辅助类芬顿活化过硫酸盐的光催化材料及其制备方法。

背景技术

过硫酸盐(PMS)可以被过渡金属活化产生硫酸根自由基，这种自由基具有比羟基自由基更长的寿命，更广的pH适用范围以及更强的氧化能力。然而，在实际应用过程中，高价态金属被PMS还原为低价态金属的反应速率常数低于低价态金属被PMS氧化为高价态金属的速率常数，容易造成高价金属积累，导致反应进程逐渐被限制。为了抑制高价过渡金属在反应过程中累积导致的催化剂失活问题，光辅助类芬顿催化体系被用来提供光生电子，还原高价态金属或直接活化PMS。对于该体系而言，存在的问题有：(1)光生电子和空穴的复合速率较快，光生电子利用率低；(2)需要调控电子迁移方向来有效还原高价过渡金属或PMS。现有已公开关于光辅助类芬顿催化材料的申请如下：

申请号为201510234345.8的发明申请公开了一种光助多孔铋酸铜活化过硫酸盐水处理高级氧化技术的构筑与应用方法，该发明首先通过共沉淀法制备含Bi和Cu的前躯体，然后将沉淀物洗涤干燥，置于马弗炉煅烧得到多孔铋酸铜，利用紫外光作为激发光源，活化PMS降解香豆素。但是单一组分使得光生载流子分离能力较弱极易重组，而且，紫外光作为激发光源不能充分利用太阳光中的可见光。

申请号为201610225808.9的发明申请公开了一种可见光响应的多孔氮化碳/羟基铁纳米棒复合光芬顿材料的合成方法。该申请首先通过煅烧法制备氮化碳，然后加入硝酸铁和氢氧化钠，通过水热法得到多孔氮化碳/羟基铁纳米棒复合材料，利用氙灯作为光源，激发催化剂活化PMS。该发明通过异质结的构建，降低了光生载流子的复合率。然而氮化容易团聚，难以重复利用，而且该发明制备的氮化碳量子点会拓宽原有氮化碳的禁带宽度，不利于增强光吸收，降低了光生载流子产率。

申请号为201811398430.8的发明申请公开了一种在光芬顿反应中抗光腐蚀的硫化物异质材料的制备方法。该发明用化学沉淀法法在氧化铁纳米颗粒上负载二硫化钼，构建异质结促进光生载流子分离，将电子传递到二硫化钼上抑制其在光芬顿过程中的腐蚀问题。然而氧化铁中三价铁在反应中的累积问题并未得到解决，不能充分利用光生电子促进低价与高价态过渡金属的循环，电子的方向调控存在不足。

发明内容

针对光辅助类芬顿的催化材料自身缺陷和现有技术中该类材料存在的不足，本发明通过精准调控mBVO晶貌结构，利用mBVO光生电荷在不同暴露晶面间的空间分离效应，在电子聚集面{010}选择性负载GNPs@A-CoSx，在有效提升光催化材料的可见光利用率与光生载流子分离效率的同时，精准调控电子迁移方向，抑制过渡金属活化PMS过程中的价态升高问题以及硫化物的光腐蚀问题，极大提升催化剂对有机污染物的降解能力与催化稳定性，为设计和构建光芬顿可见光催化材料提供新的思路。