[发明专利]纳米花状复合催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及环境保护领域，尤其是涉及一种纳米花状复合催化剂及其制备方法和应用。制备方法包括：将钛酸丁酯、乙醇、冰醋酸、钼酸钠、硫代乙酰胺和油酸混合得到混合反应液，进行反应，反应完毕后分离，将分离得到的固体干燥，在氧气体积含量为3%‑8%之间的缺氧条件下煅烧活化，然后研磨得到所述纳米花状复合催化剂。本制备方法实现了采用一步水热法进行制备，工艺简单，产率高；制备得到的催化剂在催化臭氧氧化反应中和光催化条件下均具有优异的有机污染物光催化降解能力，具有良好的催化臭氧氧化和可见光响应能力，具有良好的稳定性和重复使用性，具有较大的比表面积和使用寿命，具有很好的吸附和催化协同效能，属于环境友好型材料。

技术领域

本发明涉及环境保护领域，尤其是涉及一种纳米花状复合催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

环境治理过程引起的二次污染是环保行业不容忽视的问题，尤其是使用化学方法的处理工艺，投加化学试剂过量或者是化学反应产生的副产物都会对环境造成潜在的污染。光催化氧化技术与其它高级氧化技术相比优点比较突出，长期以来被看作是一种环境友好型的处理技术。但是，单一的光催化反应强氧化性活性物质产率低，对有机物降解效率低，是制约光催化技术在水处理行业中大规模应用的主要因素，需要借助于臭氧、双氧水等强氧化型反应体系打破上述技术瓶颈，工业化应用中不外加光源，充分利用太阳光照射，利用可见光催化技术与催化氧化技术协同，提高反应体系氧化效率，同时解决强氧化型高级氧化体系氧化剂利用率低和催化剂流失严重的问题。催化氧化技术的核心是催化剂，催化剂的稳定性和毒性是决定该技术安全与否的关键。随着研究的深入，人们发现金属半导体催化剂在使用过程中存在催化剂流失和金属元素溶出的问题，特别是一些重金属粒子的溶出对环境的危害尤为严重。因此，催化氧化技术应该是建立在催化剂无毒、无害、稳定的基础上，催化剂的物理化学性质决定了催化氧化技术的安全性。

为满足上述技术要求，需开发一种既可见光响应能力强，又适合于强氧化型催化氧化体系的催化剂。目前研究最多的金属半导体催化剂主要有两大类，一类是金属硫化物半导体催化剂，包括二硫化钼（MoS₂）、硫化镉（CdS）、二硫化钴（CoS₂）、硫化银（Ag₂S）等，由于CdS具有较高的可见光催化活性，在近几年的研究中出现的较多，并在此基础上衍生出了Cd_xZn_1-xS双金属或多种金属共掺杂的复合金属硫化物催化剂，但是，未能完全解决Cd元素毒性危害的问题一直制约着该类催化剂的工业应用；MoS₂层状结构丰富、比表面积大、无毒、带隙较窄，也受到了研究者的关注；另一类是金属氧化物催化剂，包括二氧化钛(TiO₂)，氧化锌(ZnO)，氧化锡(SnO₂)，二氧化锆(ZrO₂)等，其中，TiO₂因为在紫外光照射下具有强光催化活性、化学性质稳定、无毒、廉价等优点，成为环保领域中应用最广泛的催化剂。TiO₂和MoS₂都属于无毒金属化合物，并且在自然界储量丰富，不会对环境造成危害，是开发环境友好型催化剂的最佳选择。但是，通常情况下，半导体光催化剂的禁带宽度过高或过低都不利于对污染物的降解，禁带宽度过高，对光能的响应范围就比较窄，在可见光区域很难激发产生光生电子，光能的利用率低；禁带宽度过低，小于目标污染物的氧化还原电势，不能将目标污染物氧化降解掉。譬如，经典半导体催化剂锐钛矿TiO₂（3.2 eV）只对紫外光有一定的响应能力，对可见光响应能力差，光能利用率低，工业应用中必须配备紫外光源；半导体材料MoS₂（1.17 eV）禁带宽度小，对光能的响应范围较宽，曾一度作为催化剂研究，但是，较窄的禁带宽度很容易使光生电子和空穴重新复合，影响催化剂的催化活性，以单一的MoS₂为光催化剂很难发挥作用。因此，人们一般采用构建异质结构或在原有催化剂基础上负载贵金属、碳量子点、氮元素、光敏剂等对催化剂进行改性来解决上述问题。

目前现有技术存在以下问题：