[发明专利]一种光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种光催化剂及其制备方法和应用，该光催化剂包括纳米金刚石NDs和卵黄壳结构的ZnFe₂O₄，所述NDs的掺入质量为ZnFe₂O₄质量的1~15%；其制法是由Zn(NO₃)₂·6H₂O，Fe(NO₃)₃·9H₂O和NDs加入到异丙醇和甘油的混合液中，然后经溶剂热法和煅烧法制得的；所得光催化剂在可见光条件下可高效降解水环境中的四环素。本申请制备出的光催化剂中的纳米金刚石成分和铁酸锌成分之间形成了稳定的异质结，相较于纯相的ZnFe₂O₄而言，其降解性能、循环稳定性能更突出；此外，本光催化剂具备优异的磁性回收特性，使得该催化剂在水环境降解污染物的过程中得以高效回收和反复利用，使得该光催化剂在实际应用上有一定潜力。

技术领域

本发明涉及一种催化剂及其制备方法和应用，尤其涉及一种光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

光催化技术是一种绿色环保、简单温和、高效节能的新型水体处理技术。光催化在处理含污染物废水领域因其具有速度快、降解完全、廉价、无毒等优点，同时可有效利用太阳光作为光源以缓解能源危机。其工作原理是：利用太阳光照射激发半导体产生光生电子对(统称载流子)，产生的载流子进而在水体环境中生成各类氧化还原性极强的自由基活性物种，可以有效的矿化去除绝大多数污染物，最终产物为水和二氧化碳。

铁酸锌(ZnFe₂O₄)，作为n型半导体光催化剂，由于具有窄带隙(～1.9eV)、可见光响应、低成本、稳定性和无毒害等优点而受到了广泛关注和研究。此外ZnFe₂O₄具有着独特的结构特征，其结构中Zn²⁺和Fe³⁺分别位于四面体和八面体的位置，使ZnFe₂O₄体系光催化剂具有突出的磁性回收潜力，这也有助于减少回收过程中的样品损失并降低二次污染的风险。然而，由于可见光吸收利用能力有限、电子-空穴对易快速重组， ZnFe₂O₄光催化剂的实际应用潜力受到限制。因此，合理设计和构建基于ZnFe₂O₄的复合材料，通过适当的修饰进一步提高其在水环境中降解污染物的光催化活性仍然是一个重大的挑战。

纳米金刚石(NDs)是碳纳米材料中毒性最低的物质，具有优异的物理化学性能，如：优异光吸收能力、高热导率、高物理化学稳定性、高击穿电压、耐光漂白性等等。 NDs具有的小Bohr半径和大激发集合能，可使其快速捕获相邻半导体的光生载流子，进而促进光生载流子的分离；NDs相对于ZnFe₂O₄而言，具有合适的能带结构，能够形成合适的异质结结构。此外，NDs具有大的比表面积、丰富的表面官能团和众多与污染物的接触位点。

申请号为CN113477262A的专利公开一种铬酸银/铁酸锌纤维状复合光催化剂的制备方法及应用，一种铬酸银/铁酸锌纤维状复合光催化剂的制备过程中需要用到静电纺丝和高温煅烧法，再利用共沉积法将铬酸银负载到铁酸锌表面，制备流程复杂且成本更高，限制了其实际应用的潜力。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种降解性能，循环稳定性能突出并且具备优异的磁性回收特性的光催化剂；本发明的另一目的在于提供一种制备简单且成本低的光催化剂的制备方法；本发明的另一目的在于提供一种光催化剂的应用。

技术方案：本发明所述的一种光催化剂，包括纳米金刚石NDs和卵黄壳结构的ZnFe₂O₄，所述NDs的掺入质量为ZnFe₂O₄质量的1～15％。