[发明专利]多层半导体可见光催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种多层半导体可见光催化剂的制备方法，包括以下步骤：取含有Ag⁺的金属盐加入蒸馏水中，搅拌得第一混合溶液；向其中加入铁氧化物，搅拌得第二混合溶液；取可溶性金属卤化物加入蒸馏水中，搅拌得第三混合溶液；将所得第三混合溶液逐滴加入第二混合溶液中，搅拌得第四混合溶液；取可溶性磷酸盐加入蒸馏水中，搅拌得第五混合溶液；将第五混合溶液逐滴加入第四混合溶液中，搅拌均匀得第六混合溶液；将第六混合溶液过滤、洗涤、干燥，得到多层半导体可见光催化剂。所得催化剂用量少、催化性能稳定、吸收光谱广、不会造成二次污染，可广泛应用于污水处理。

技术领域

本发明属于污水处理技术，特别是涉及一种多层半导体可见光催化剂及其制备方法与应用。

技术背景

随着人类社会工业化进程的不断加快，人类对自然资源的消耗与日俱增，导致环境污染物的排放量也日益增加，且污染物种类繁多。环境问题的日益突出，已经严重影响了人类社会的生存与发展。就我国而言，城市化的推进与治污能力的脱节以及有关部门的监管不利，已经导致了相当严重的环境问题，尤其是水污染问题。水污染已经成为制约社会经济发展的重要因素之一。尤其是毒性强、浓度高、难生物降解的有机废水给传统污水生物处理工艺带来了前所未有的挑战。近年来，光催化技术在环境领域展现出良好的前景，成为一种环境友好型绿色处理技术。光催化技术是在光照的条件下，通过半导体光催化剂促成的化学反应，利用光催化反应可以分解众多对环境和人体有害的有机物质及部分无机物质。光催化的优点在于(1)可将水中的多种污染物完全降解为H₂O及CO₂；(2)可以使用清洁、可再生的太阳光作为光源；(3)装置简单、易操作、氧化性强、无二次污染等。

光催化技术研究的核心是开发出优良的光催化剂。TiO₂因具有稳定的结构、优异的光化学性能、无毒及较低的成本等优点得到广泛关注，是目前应用最广泛的半导体光催化材料。但是TiO₂的广泛使用受到诸多限制：(1)只能被λ＜400nm的紫外光(仅占太阳光的4％)所驱动；(2)光致电子和光致空穴容易复合，抑制了半导体的光催化活性；(3)不易回收和再利用，造成二次污染。铁氧化物也是一种高效的光催化剂，相较于TiO₂，铁氧化物的优点在于其光响应的最大激发波长为600nm左右，相较于TiO₂的紫外区吸收波长长，对太阳光的利用率较高，占40％左右；其次铁氧化物无毒无污染，价格低廉且化学稳定性好；此外铁氧化物亲水性能好，有利于极性物质在其表面浸润，对于提高其光催化效率有极大的促进作用。但是铁氧化物也存在光致电子和光致空穴容易复合，抑制半导体光催化活性的缺点。磷酸银能吸收吸收波长低于530nm的光，且能有效抑制铁氧化物光致电子和光致空穴容易复合的问题，但是磷酸银具有一定的溶解性，且在光照下也不稳定。目前并没有将铁氧化物、磷酸银、卤化银进行有机结合后用于催化降解有机废水的报道。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本申请提供了一种用量少、催化性能稳定、吸收光谱广、不会造成二次污染、可回收再利用的多层半导体可见光催化剂，并进一步提供了上述催化剂的制备方法和应用。

技术方案：本申请所述的多层半导体可见光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取含有Ag⁺的金属盐加入蒸馏水中，搅拌得第一混合溶液；

(2)向步骤(1)所得第一混合溶液中加入铁氧化物，搅拌得第二混合溶液；

(3)取可溶性金属卤化物加入蒸馏水中，搅拌得第三混合溶液；

(4)将步骤(3)所得第三混合溶液逐滴加入步骤(2)所得第二混合溶液中，搅拌得第四混合溶液

(5)取可溶性磷酸盐加入蒸馏水中，搅拌得第五混合溶液；

(6)将步骤(5)所得第五混合溶液逐滴加入步骤(4)所得第四混合溶液中，搅拌均匀得第六混合溶液；