[发明专利]一种二硫化钼催化膜及其制备和应用

说明书

本发明提供了一种二硫化钼催化膜，包括基底以及生长在基底上的二硫化钼阵列，所述二硫化钼阵列垂直于基底生长；垂直生长的二硫化钼厚度为5～8nm，边缘长度200～800nm，阵列生长密度为32～45个/μm²。所述基底选自碳纤维布、泡沫镍和碳纸中的一种或多种。所述二硫化钼垂直阵列的制备原料包括钼酸盐和硫源，制备方法为水热法使得二硫化钼生长在基底上，真空干燥后即得二硫化钼垂直阵列；水热生长法中钼酸盐与硫源的质量比为1‑5:3‑10。本发明采用的二硫化钼垂直阵列的原材料均为非管制药品，成本低廉，合成材料方便。本发明采用的二硫化钼垂直阵列可用数次，不影响杀菌效果。

技术领域

本文涉及水处理技术，具体为一种二硫化钼催化膜及其制备和应用，特指一种二硫化钼垂直阵列活化过硫酸盐的杀菌方法。

背景技术

如今我国水资源严重短缺，地区差异较大，水污染问题严峻。中水、回用水等再生水是增加可用水资源的重要方式。这些再生水需要进一步消毒才能用于生产生活中。传统水处理工艺无法高效去除水中各类细菌，这可能导致人类健康的危害，为了保障用水安全，亟需发展一种高效、易操作、广泛适用的杀菌技术。

目前，杀菌技术主要包括液氯、二氧化氯、紫外辐照、臭氧氧化等，这些技术均有不可忽视的缺点。含氯消毒会产生毒性较强的消毒副产物；紫外辐照成本高、特别受限于高浊度水质，无法广泛应用；臭氧消毒会生成较高毒性的溴酸盐副产物，危害用水安全。虽然目前已经大范围研究了基于羟基自由基的杀菌技术，例如：光催化TiO₂，Fe²⁺/H₂O₂，UV/H₂O₂等方法，但这些方法不能在短时间内快速地、广泛地杀灭水中各类细菌。所以，需要深入探究杀菌机理并开发高效快速的杀菌方法。

过硫酸盐是一种氧化性强，溶解度高的粉末氧化剂。过硫酸盐固体粉末稳定性高，方便运输，无易燃易爆风险，可作为双氧水的替代品，近些年来，催化过硫酸盐高级氧化技术得到了快速的发展。硫酸根自由基是催化过硫酸盐体系的典型自由基，硫酸根自由基拥有和羟基自由基相似的氧化还原电位，和更长的寿命。硫酸根自由基可以在广泛的pH范围下氧化绝大部分有机物。催化过硫酸盐体系是无毒无害的体系，现在已经用于二级出水、工业废水、地表水以及地下水的处理。近些年来，催化过硫酸盐体系的研究范围扩大到饮用水(再生水)的消毒工艺中，但仍然存在停留时间长，残留过硫酸盐以及重金属离子溶出等问题，所以仍然需要优化材料去解决上述问题。

发明内容

本申请提供了一种二硫化钼垂直阵列结构的催化膜及其制备和应用，本申请是过滤工艺和催化氧化工艺的结合。本发明中的二硫化钼垂直阵列是通过水热法生长在碳纤维布上的，其高暴露的边缘活性位点为过硫酸盐提供大量附着点位，二硫化钼中的过渡金属钼为过硫酸盐提供电子，促使其快速裂解为自由基。

本发明提供了一种二硫化钼催化膜，包括基底以及生长在基底上的二硫化钼阵列，所述二硫化钼阵列垂直于基底生长；

在本发明提供的二硫化钼催化膜中，所述二硫化钼阵列的基本组成单元为二硫化钼纳米片；

在本发明提供的二硫化钼催化膜中，所述二硫化钼纳米片的厚度为5～8nm，二硫化钼纳米片的边缘长度为200～800nm，所述二硫化钼阵列的阵列生长密度为32～45个二硫化钼纳米片/μm²。

在本发明的提供的二硫化钼催化膜中，所述基底选自碳纤维布、泡沫镍和碳纸中的一种或多种；

在本发明的提供的二硫化钼催化膜中，所述碳纤维布的规格为厚度2～6mm，材质为活性炭过滤网纤维棉，堆积密度70-90kg/m³；所述泡沫镍规格为厚度1.5～2.5mm，80～120目；所述碳纸购买自日本东丽，型号为TGP-H-60。