一种复合光催化剂及其制备方法和应用

专利2025-12-22  11


本发明涉及光催化剂,具体涉及一种复合光催化剂及其制备方法和应用。


背景技术:

1、对于环境废水中存在的有机污染物的处理方法有吸附法、生物降解法、微电解法,光催化法等等。吸附法因不会引入新的污染物,能耗较低且能从废水中富集分离有机污染物,但吸附效率较低,去除率不够高。生物降解法需要考虑环境和温度等诸多因素,适用范围受到限制,且降解周期较长。微电解法需要引入新的能耗,增加处理成本。

2、其中的光催化法是一种理想的绿色技术,可以将有机物降解为对环境无害的小分子,甚至是二氧化碳、水等。墨相氮化碳(g-c3n4)是一类新型的窄禁带(2.7ev)有机光催化剂,g-c3n4作为一种新型的可见光响应光催化剂,具有独特的电子结构、较窄的禁带宽度和合适的能带位置,并具有较高的热稳定性和化学稳定性,且制备原料来源广泛,已应用于光催化产氢、水氧化、有机物降解、光合成以及二氧化碳还原等领域。但其对可见光的响应范围较窄,其本身比表面积较低,吸附性能较低,且其光生电子-空穴对复合率较高,直接影响其光催化活性及稳定性。因此,亟需提升其光催化活性,促进其应用。

3、猪的粪便中含有粗蛋白、游离氨基酸、还含有粗脂肪、磷、钙、镁、钠、硅、铁、铜、锰、锌、无氮浸出物、维生素b12、钛等多种营养物质及微量元素。目前,如何利用猪粪中的物质,提升资源利用率,减少对环境的污染亟需解决。


技术实现思路

1、针对上述问题,本发明的一个目的是提供一种复合光催化剂的制备方法。

2、本发明的第二个目的是提供一种复合光催化剂。

3、本发明的第三个目的是提供一种复合光催化剂的应用。

4、本发明所采用的第一个技术方案是:一种复合光催化剂的制备方法,所述复合光催化剂为猪粪/g-c3n4复合光催化剂,制备方法包括如下步骤:

5、步骤一:g-c3n4材料的制备:将尿素烧结、研磨,得到g-c3n4材料;

6、步骤二:猪粪材料的处理:将湿猪粪干燥、研磨,得到猪粪材料;

7、步骤三:复合光催化剂的制备:将所述猪粪材料和g-c3n4材料混合,加水分散,真空干燥,获得复合光催化剂。

8、复合光催化剂的制备方法简单,操作便利,易于规模化生产。

9、优选的,步骤一中所述尿素为在100℃条件下,干燥3小时的尿素。

10、优选的,步骤一中所述烧结的条件为以5℃/min的升温速率由25℃升温至550℃,保持2小时。

11、优选的,步骤二中所述湿猪粪干燥的条件为在100~150℃条件下,干燥48h。

12、优选的,步骤三中的猪粪材料和g-c3n4材料的质量比:1:3~2:1。

13、优选的,步骤三中的真空干燥条件为60℃真空干燥24h。

14、本发明所采用的第二个技术方案是:一种复合光催化剂。

15、g-c3n4与猪粪能够通过表面官能团相互作用紧密结合,与猪粪中的si、fe、ti等元素的氧化物、硫化物或者磷化物等形成异质结构,结构稳定,比表面积大。

16、本发明所采用的第三个技术方案是:一种复合光催化剂的应用,在降解亚甲基蓝溶液中的应用。

17、优选的,用于降解亚甲基蓝溶液时,复合光催化剂的用量为0.8~1.8g/l。

18、优选的,将复合光催化剂应用在亚甲基溶液的降解处理中,包括:

19、将所述复合光催化剂超声分散于亚甲基蓝溶液中,在黑暗条件下搅拌,使其达到吸附平衡,然后在氙灯光源下照射,进行光催化反应。

20、光催化剂的催化活性较高,较单独的猪粪和单独的g-c3n4光催化活性相比显著提高。

21、上述技术方案的有益效果:

22、(1)与现有技术相比,本发明提供的复合光催化剂,g-c3n4与猪粪能够通过表面官能团相互作用紧密结合,与猪粪中的si、fe、ti等元素的氧化物、硫化物或者磷化物等形成异质结构,结构稳定,比表面积大,有利于促进光生电子和空穴的分离和转移,从而提升催化剂的光催化性能。

23、(2)实现了猪粪固废资源化利用,利用了猪粪具有较大的比表面积,具有良好的吸附性能,实现了污染物的快速吸附,从而进一步进行光催化降解反应。

24、(3)复合光催化剂的制备方法简单,操作便利,易于规模化生产,制备得到的光催化剂的催化活性较高,较单独的猪粪和单独的g-c3n4光催化活性相比显著提高。



技术特征:

1.一种复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述复合光催化剂为猪粪/g-c3n4复合光催化剂,制备方法包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述的复合光催化剂的制备方法,其特征在于,步骤一中所述尿素为在100℃条件下,干燥3小时的尿素。

3.根据权利要求1所述的复合光催化剂的制备方法,其特征在于,步骤一中所述烧结的条件为以5℃/min的升温速率由25℃升温至550℃,保持2小时。

4.根据权利要求1所述的复合光催化剂的制备方法,其特征在于,步骤二中所述湿猪粪干燥的条件为在100~150℃条件下,干燥48h。

5.根据权利要求1所述的复合光催化剂的制备方法,其特征在于,步骤三中的猪粪材料和g-c3n4材料的质量比:1:3~2:1。

6.根据权利要求1所述的复合光催化剂的制备方法,其特征在于,步骤三中的真空干燥条件为60℃真空干燥24h。

7.一种使用权利要求1~6任一项所述方法制备的复合光催化剂。

8.一种如权利要求7所述的复合光催化剂的应用,其特征在于,在降解亚甲基蓝溶液中的应用。

9.根据权利要求8所述的复合光催化剂的应用,其特征在于,用于降解亚甲基蓝溶液时,复合光催化剂的用量为0.8~1.8g/l。

10.根据权利要求8所述的复合光催化剂的应用,其特征在于,将复合光催化剂应用在亚甲基溶液的降解处理中,包括:


技术总结
本发明涉及光催化剂技术领域,具体公开了一种复合光催化剂及其制备方法和应用。一种复合光催化剂的制备方法,所述复合光催化剂为猪粪/g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;复合光催化剂,包括如下步骤:步骤一:g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;材料的制备:将尿素烧结、研磨,得到g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;材料;步骤二:猪粪材料的处理:将湿猪粪干燥、研磨,得到猪粪材料;步骤三:复合光催化剂的制备:将所述猪粪材料和g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;材料混合,加水分散,真空干燥,获得猪粪/g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;复合光催化剂。本发明提供的复合光催化剂,结构稳定,比表面积大,有利于促进光生电子和空穴的分离和转移,实现了污染物的快速吸附,催化活性较高。

技术研发人员:陈小平,许西威,张子怡,谭丽娟,范敏
受保护的技术使用者:江西省科学院能源研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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