[发明专利]负载型半导体可见光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种负载型半导体可见光催化剂，包括硅胶颗粒和均匀负载在硅胶颗粒表面的铁氧化物半导体，硅胶颗粒与所述铁氧化物半导体的重量比为2～4∶1。本发明还提供该负载型半导体可见光催化剂的制备方法：1)将含有Fe³⁺的铁盐溶解在水中，制得铁盐浓度为0.2～1mmol/mL的铁盐溶液；2)向步骤1)制得的铁盐溶液中加入硅胶颗粒，混合均匀，得到分散液；3)将步骤2)制得的分散液置于密闭的反应釜中，在100～200℃下反应20～30h，反应后洗涤、干燥。本发明的光催化剂用量少、催化性能强、吸收光谱广、不会造成二次污染、可回收再利用，为有机废水提供绿色、经济可行的处理方法。

技术领域

本发明涉及光催化剂，特别是一种负载型半导体可见光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

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。然而，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。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种用量少、催化性能强、吸收光谱广、不会造成二次污染、可回收再利用的光催化剂，为有机废水提供绿色、经济可行的处理方法。

本发明另一目的在于提供上述光催化剂的制备方法和应用。

技术方案：本发明提供一种负载型半导体可见光催化剂，包括硅胶颗粒和均匀负载在硅胶颗粒表面的铁氧化物半导体，硅胶颗粒与铁氧化物半导体的重量比为2～4∶1，上述铁氧化物半导体为a-Fe₂O₃。

本发明另一方面提供一种制备上述负载型半导体可见光催化剂的方法，包括以下步骤：

1)将含有Fe³⁺的铁盐溶解在水中，制得铁盐浓度为0.2～1mmol/mL的铁盐溶液；

2)向步骤1)制得的铁盐溶液中加入硅胶颗粒，混合均匀，得到分散液；其中，所述硅胶颗粒重量与所述铁盐溶液体积的比值为0.2～0.6g/mL；

3)将步骤2)制得的分散液置于密闭的反应釜中，在100～200℃下反应20～30h，反应后洗涤、干燥，得铁氧化物/硅胶负载型半导体可见光催化剂。