[发明专利]硫化钴锡/介孔氮化碳催化剂的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种硫化钴锡/介孔氮化碳复合催化剂的制备方法及应用，属于光催化降解有机污染物领域。

背景技术

近年来，能源短缺和环境污染问题越来越严重，已成为人类必须面临的两大重要挑战。光催化技术以丰富、清洁的太阳能为动力，具有操作简便、高效节能、清洁无毒等优点，成为解决这两大问题的研究热点。

作为一种非金属催化剂，石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因具有独特的能带结构、良好的化学稳定性、廉价易得等特点，被广泛应用于光催化领域。但是传统的g-C₃N₄比表面积较小、对可见光利用率较低等缺陷限制了它在光催化方面的应用。通过控制形貌对g-C₃N₄进行改性是改善这些不足的方法之一。介孔氮化碳(MCN)具有较大的比表面积，一般来说比表面积越大，光催化反应活性位点越多，越有利于光催化反应的进行，因此成为众多研究者们研究的热点之一。

硫化物是光催化反应过程中一种常用的催化剂。但是常用的二元硫化物带隙能较大、稳定性较差、容易发生光腐蚀。而三元硫化物具有稳定性好、带隙能小、可见光响应等特点，吸引了研究者们的注意。

本发明制备了SnS₂、CoS₂、SnCoS₄硫化物，并将其负载在MCN上得到复合催化剂，将其应用在光催化降解有机污染物亚甲基蓝(MB)上。

发明内容

本发明的目的是制备出一种高效催化剂，提供硫化物/介孔氮化碳复合催化剂及其制备方法。制备出的复合催化剂催化效率较高且整个制备方法简单。

本发明采用的具体方案是：

硫化物/介孔氮化碳复合催化剂通过原位生长法制备而成，研究了二元硫化物及三元硫化物复合材料的光催化性能，并探究了不同比例的催化剂对催化活性的影响。其中所述的SnCoS₄/MCN(0.5)复合催化剂对MB具有最高的催化活性。

本发明所述的硫化物/介孔氮化碳复合催化剂的制备方法，按照如下步骤进行：

(1)介孔氮化碳(MCN)的制备

SBA-15模板的制备：称取三嵌段共聚物P123在30℃搅拌条件下溶于HCl溶液，之后加入正硅酸乙酯(TEOS)在40℃下搅拌24h，然后将溶液倒入高压反应釜130℃反应24h，冷却后抽滤并用蒸馏水洗涤，60℃烘干后放入陶瓷坩埚中，550℃煅烧4h以除去P123。

MCN制备：称取双氰胺搅拌条件下溶于二甲基甲酰胺(DMF)并逐滴加入到放有SBA-15的烧杯中。搅拌6h后再放入超声波清洗器(频率为50KHz，功率密度0.24W/cm²)超声2h，之后将烧杯放入90℃油浴锅中过夜干燥。得到的固体经研磨后放入陶瓷坩埚中，550℃煅烧4h，升温速率为3℃/min，冷却至室温，研磨得到的棕褐色固体置于NH₄HF₂溶液中浸泡两天，之后进行离心并用蒸馏水和无水乙醇洗涤。得到的棕黄色固体在100℃真空干燥即为MCN。

其中步骤(1)中双氰胺与SBA-15的质量比为10:1。

(2)硫化物/介孔氮化碳的制备

分别称取L-半胱氨酸、SnCl₄·5H₂O、CoCl₄·5H₂O溶于蒸馏水搅拌条件下逐滴加入到MCN溶液中，持续搅拌2h后将混合溶液转入到高压反应釜180℃反应24h。冷却后进行离心并用蒸馏水、无水乙醇洗涤，80℃烘干即可。

按照此方法，分别合成SnS₂/MCN、CoS₂/MCN、SnCoS₄/MCN(0.3)、SnCoS₄/MCN(0.5)、SnCoS₄/MCN(1.0)复合催化剂，并合成了SnS₂、CoS₂、SnCoS₄单一催化剂。

其中步骤(2)中L-半胱氨酸、SnCl₄·5H₂O、CoCl₄·5H₂O的摩尔比为10:1:1。