[发明专利]以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂

说明书

技术领域

本发明属于环境及材料领域，具体涉及一种以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂及其制备方法。

背景技术

重金属和有机物水污染的两个重要来源，已成为人类健康和生态环境安全的严重威胁。水体中的重金属污染，一般都是汞（Hg）、铅（Pb）、镉（Cd）、锌（Zn）、砷（As）等元素在水中的含量超标引起的，其污染具有毒性大、致毒剂量低、易累积、难降解、难治理等特点，因而是目前环境监测和治理的焦点。而有机污染物与重金属污染物相比，其在水中的存在时间长、范围广、难分解，而且通常都有毒、致癌以及消耗水体中的溶解氧等，对环境和人体带来严重危害。

类石墨氮化碳（g-C₃N₄）作为一种新型的半导体材料，具有类似于石墨的层状结构，由于其带隙较窄（Eg=2.70eV），对可见光响应，而且具有较高的化学稳定性、容易改性和有较高的光催化性能等优点，受到光催化领域的广泛关注。然而以g-C₃N₄为主的可见光催化剂虽然对有机污染物有显著的降解作用，然而却无法兼顾处理废水中的重金属离子。

公开号为CN102247877A的专利公开了以尿素为主要原料，以Fe源、Cu源、Zn源等为改性剂，利用浸渍法对C₃N₄进行金属离子改性，金属离子吸附在C₃N₄的表面，抑制了光生电荷的复合，因此，制备的该可见光催化剂具有较高的光催化性能；然而该催化剂对废水中重金属离子的吸附能力很小。导致采用该催化剂对废水中的有机物进行处理后，还需进行重金属离子的处理，增加了操作步骤。

目前，纳米技术治理水体污染一直受到国内外广泛关注，其中，纳米铁因其高反应性、无害性而被广泛应用到水污染治理当中。然而，由于纳米铁具有较高的表面能，它在实际应用中容易氧化、集聚，抑制了纳米铁的反应活性，从而降低了其对水中污染物的降解效率。

在类石墨氮化碳（g-C₃N₄）上负载纳米铁，一方面有利于纳米铁的分散，保持其还原活性，可将污水中的重金属离子还原，进而使其发生沉积，而负载纳米铁有利于半导体光催化剂类石墨氮化碳（g-C₃N₄）表面的电子-空穴的分离，提高其光催化性能。另一方面，半导体光催化剂类石墨氮化碳（g-C₃N₄）在可见光照射下产电子和空穴，在半导体表面发生氧化还原反应，使污水中的有机物降解，同时，类类石墨氮化碳（g-C₃N₄）产生的光生电子可将负载在上面被氧化的铁离子还原，从而实现纳米铁的循环使用。

通过类石墨氮化碳（g-C₃N₄）上负载纳米铁，不仅可以对两种物质的性能起到相互促进的作用，而且实现了一种催化剂同时可循环地处理污水中有机物和重金属离子的效果。

本发明所涉及的主要原材料尿素在我的产量巨大，所使用的制备方法简单且不涉及复杂设备，有效地兼顾解决了有机物污染和重金属离子污染的问题，环境效益著，具有很好的推广应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂及其制备方法。本发明所制得的强还原性可见光响应光催化剂能够在可见光条件下，兼顾处理水中的重金属离子和有机污染物，简化了废水处理步骤，适合在自然环境中使用；其制备方法简单，成本低廉，处理效率高，具有良好的经济效益和环境效益，能够被很好地投入规模化生产。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂，其中，片状g-C₃N₄与纳米铁的质量比为100:0.5~2。

以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂的制备方法：将尿素研磨煅烧后得到块体g-C₃N₄，再进行超声水浴处理，干燥后得到片状g-C₃N₄；之后按将片状g-C₃N₄和氯化铁加入到乙醇溶液中进行混合，再使用硼氢化钠溶液对其进行液相还原，经过离心、洗涤、干燥后，即得负载有纳米铁的强还原性可见光响应光催化剂。

以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂的制备方法，包括以下步骤：