一种治理废水污染的复合光催化剂及其制备与应用
【技术领域】
[0001]本发明属于光催化领域，涉及一种复合光催化剂及其制备与应用，特别涉及治理废水污染的复合光催化剂SiCAMLa2S4及其制备与应用。
【背景技术】
[0002]近年来，随着工业生产的快速发展，环境污染问题一直受到人们的普遍关注。随着治理工业污染技术的不断提高，光催化技术，即利用太阳能对污染物进行光催化降解技术在环境治理方面的研宄越来越深入。
[0003]研宄光催化剂的另一条思路是寻找新型光催化剂。目前，对可用于光催化的半导体化合物的开发不再是寻找自然界中存在的半导体化合物，而是趋向于人工合成半导体化合物，如CdLa2S4等，然而，单纯以该化合物作为光催化剂的光催化效率不高。
[0004]因此，亟需开发一种既有良好的光催化降低有机染污物效果的光催化剂。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研宄，结果发现:以Cd(NO3)2.4H20、La (NO3) 3.6H20和硫脲作为起始反应原料，通过水热法一步反应制备CdLa2S4,对制得的产物经简单处理后，再将碳化硅(SiC)与处理后的CdLa2S4粉末混合均匀，充分研磨，并在高温下煅烧，制得复合光催化剂，该制得的复合光催化剂既可以在光照条件下催化降解水中的有机染料污染物，特别是偶氮类有机染料。
[0006]本发明的目的在于提供以下方面:
[0007]第一方面，一种复合光催化剂SiC/CdLa2S4，其特征在于，该复合光催化剂包括SiC和CdLa2S4，其中，基于CdLa2S4的重量计，SiC的重量分数为0.1%?20% ;
[0008]其X射线衍射光谱(XRD)在衍射角2 Θ 约为 18.03° ,20.74° ,24.72° ,26.50°、
27.97。、30.29°、43.91°、52.05。,53.95° ,35.65° ,41.46° ,59.98° 和 75.26。处分别存在(111)、(200)、(120)、(121)、(220)、(300)、(303)、(422)、(501)、(111)、(200)、(220)、(203)晶面衍射峰。
[0009]第二方面，本发明提供一种制备上述复合光催化剂的方法，该方法包括以下步骤:
[0010](I)CdLa2S4的制备，包括以下子步骤:
[0011](1-1)将Cd(NO3)2.4H20、La(NO3)3.6H20及硫脲置于水中，在高温下恒温反应，制得沉淀物；
[0012](1-2)将步骤(1-1)中制得的沉淀物从反应体系中分离出来，洗涤、干燥，得CdLa2S4样品；
[0013](2)复合光催化剂SiCAMLa2S4的制备，包括以下子步骤:
[0014](2-1)分别称取步骤(I)中制备的CdLa2S4和SiC进行混合研磨，将研磨后的混合粉末置于盛有溶剂的容器中；
[0015](2-2)去除溶剂、干燥，再在高温下煅烧，煅烧后冷却，得到复合光催化剂。
[0016]第三方面，本发明还提供上述复合光催化剂在治理污水，特别是染料污水方面的应用，其中，所述染料优选为偶氮类染料。
【附图说明】
[0017]图1示出实验例I中XRD谱图，其中
[0018]a表示对比例I制得样品的XRD谱图；
[0019]b表示实施例1制得样品的XRD谱图；
[0020]c表示实施例2制得样品的XRD谱图；
[0021]d表示实施例3制得样品的XRD谱图；
[0022]e表示实施例4制得样品的XRD谱图；
[0023]f表示对比例2制得样品的XRD谱图；
[0024]图2a示出对比例I制得样品的扫描电镜图；
[0025]图2b示出对比例2制得样品的扫描电镜图；
[0026]图2c示出实施例2制得样品的扫描电镜图；
[0027]图3示出对比例I及实施例2制得样品光致发光光谱，其中，
[0028]a表示对比例I制得样品的光致发光光谱图；
[0029]b表示实施例2制得样品的光致发光光谱图；
[0030]图4示出对比例1、对比例2和实施例2制得样品的阻抗谱，其中，
[0031]a表示对比例2制得样品的阻抗谱；
[0032]b表示对比例I制得样品的阻抗谱；
[0033]c表示实施例2制得样品的阻抗谱；
[0034]图5示出实施例1?4、对比例I和对比例2制得样品的紫外光催化活性，其中，
[0035]a表示对比例I制得样品的紫外光催化活性；
[0036]b表示实施例1制得样品的紫外光催化活性；
[0037]c表示实施例2制得样品的紫外光催化活性；
[0038]d表示实施例3制得样品的紫外光催化活性；
[0039]e表示实施例4制得样品的紫外光催化活性；
[0040]f表示对比例2制得样品的紫外光催化活性；
[0041]图6示出清除剂对实施例2制得样品的降解甲基橙溶液的紫外光活性影响，其中，
[0042]no scavenget表示不加入清除剂；
[0043]IPA表示加入异丙醇；
[0044]AO表示加入草酸铵；
[0045]BQ表示加入对苯醌；
[0046]CAT表示加入过氧化氢酶；
[0047]NOf 表示加入 NaNO 3。
【具体实施方式】
[0048]下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0049]本发明人经过研宄发现，通过以Cd(NO3)2.4H20、La(NO3)3.6H20和硫脲作为起始反应原料，通过水热法一步反应制备CdLa2S4,对制得的产物处理后，再将预处理过的碳化硅(SiC)与上述CdLa2S4粉末混合，充分研磨，并在高温下煅烧，制得复合光催化剂，该复合光催化剂不仅可以在紫外光照射下催化降解有机污染物，可以用于治理染料污水，特别是有机染料如偶氮类染料造成的污水。
[0050]以下具体说明本发明。
[0051]根据本发明的第一方面，提供一种复合光催化剂，该复合光催化剂包括CdLa2S4和SiC，其中，基于CdLa2S4的重量计，SiC的重量分数为0.1 %?20%，优选为0.3%?15%，更优选为0.5 %?10 %，进一步优选为0.8 %?5 %，更进一步优选为I %?3 %。
[0052]该复合光催化剂的X射线衍射光谱在衍射角2 Θ约为18.03°、20.74°、24.72°、26.50 °、27.97°、30.29 °、43.91 °、52.05 °、53.95 °、35.65 °、41.46 °、59.98 ° 和75.26。处分别存在(111)、(200)、(120)、(121)、(220)、(300)、(303)、(422)、(501)、(111)、(200)、(220)、(203)晶面衍射峰。
[0053]图2c示出实施例2制得样品的扫描电镜图，其形貌为规整的棒状结构，与CdLa2S4和SiC明显不同，说明本发明提供的光催化剂为复合物，而不是两种物质单纯的物理混合。
[0054]该复合光催化剂的光致荧光光谱如图3所示，在波长为515-530nm范围内同样表现出类似的信号峰，不过峰强度要较CdLa2S4弱的多，即，光生载流子(电子-空穴对)的复合几率越低，光催化活性越高。
[0055]该复合光催化剂的电化学阻抗性能如图4所示，其Nyquist圆半径明显小于SiC和CdLa2S4Nyquist圆半径，即，该复合光催化剂的电导率大。
[0056]该复合光催化剂的紫外光催化活性如图5所示，比CdLa2S4或SiC显著增强。
[0057]根据本发明的第二方面中，提供一种制备上述复合光催化剂的方法，该方法包括以下步骤:
[0058]步骤1，CdLa2S4的制备，包括以下子步骤:
[0059](1-1)将Cd (NO3) 2.4H20、La (NO3) 3.6H20及硫脲置于水中，在高温下恒温反应，制得沉淀物；
[0060]在本发明中，Cd(NO3)2.4H20的摩尔量以其中的Cd元素的摩尔量计，La (NO3) 3.6H20的摩尔量以其中的La元素的摩尔量计，硫脲的摩尔量以其中的S元素的摩尔量计，使Cd (NO3) 2.4H20的摩尔量、La (NO3) 3.6H20的摩尔量和硫脲的摩尔量之比为 Cd(NO3)2.4H20 ILa(NO3) 3.6H20:硫脲=1: (2 ?3): (4 ?8)，优选为Cd (NO3) 2.4H20:La (NO3)3.6H20:硫脲=1: (2 ?3): (4 ?5)。
[0061 ] 本发明选择用水热法制备复合物中组分之一 CdLa2S4, Cd (NO3) 2.4H20、La(NO3)3.6Η20及硫脲在水溶液中可以达到分子级别的充分混合，再在高温高压，优选100?170°C，更优选120?165°C，最优选140?160°C以及相应的压力下反应，可以制得均相的CdLa2S4，通过固液分离的方法可以将不溶于水的固态产物CdLa2S4分离出来，以此CdLa2S4作为复合物的基体材料有助于复合光催化剂性能的提升。
[0062] (1-2)将步骤(1-1)中制得的沉淀物从反应体系中分离出来，洗涤、干燥，得CdLa2S4样品。
[0063]步骤(1-1)反应后，体系中自然析出CdLa2S4固体，冷却降温后其析出量增加，因此，本发明优选降温后对体系中的CdLa2S4进行分离，本发明对分离的方法不做特别限定，可以采用实验室或工业上任意一种进行固液分离的方法，如抽