[发明专利]一种光芬顿催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种光芬顿催化剂及其制备方法与应用，属于催化剂制备技术领域。本发明提供的光芬顿催化剂包括：均相碳掺杂Bi₃Cl₄O半导体光催化剂、还原石墨烯和杂多酸铁；所述杂多酸铁原位负载在所述还原石墨烯表面形成复合体；所述均相碳掺杂Bi₃Cl₄O半导体光催化剂负载在所述复合体上。本发明光芬顿催化剂利用均相碳掺杂Bi₃Cl₄O受光激发后产生的电子可及时地传递至还原石墨烯表面，进一步与还原石墨烯表面的杂多酸铁反应，将杂多酸铁表面的Fe³⁺还原为Fe²⁺促进多相芬顿催化体系中H₂O₂的分解产生羟基自由基降解污染物。实施例的数据表明：光芬顿催化剂光催化2h内，污染物的降解率均在90％以上。

技术领域

本发明涉及光催化材料制备技术领域，尤其涉及一种光芬顿催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着社会的高速发展，环境问题日益严重，已经成为制约人类社会可持续发展的主要因素。因此，发展环境友好、高效低成本绿色污染控制技术，设计开发高性能催化剂高效降解环境污染物已成为研究热点。

传统芬顿体系的使用pH范围窄，易形成离子沉淀造成二次污染、H₂O₂浓度高存在设备腐蚀严重等问题；多相芬顿催化体系面临着催化活性位点少、催化效率低，通常需要额外能量或者化学试剂辅助等技术方法联用，对设备要求高难以直接在实际中大规模化应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光芬顿催化剂及其制备方法与应用。本发明提供的光芬顿催化剂中均相碳掺杂Bi₃Cl₄O半导体光催化剂受光激发产生的电子迁移至杂多酸铁表面，将表面的Fe³⁺转换成Fe²⁺，用于分解H₂O₂产生羟基自由基降解污染物，提高了污染物降解效率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种光芬顿催化剂，所述光芬顿催化剂包括：均相碳掺杂Bi₃Cl₄O半导体光催化剂、还原石墨烯和杂多酸铁；所述杂多酸铁原位负载在所述还原石墨烯表面形成复合体；所述均相碳掺杂Bi₃Cl₄O半导体光催化剂负载在所述复合体上。

优选地，所述还原石墨烯的质量为均相碳掺杂Bi₃Cl₄O半导体光催化剂质量的10.0～50.0％。

优选地，所述杂多酸铁的质量为还原石墨烯质量的10～30％。

优选地，所述杂多酸铁中铁元素的质量为还原石墨烯质量的1～20％。

本发明还提供了上述技术方案所述的光芬顿催化剂的制备方法，包括以下步骤：

提供均相碳掺杂Bi₃Cl₄O半导体光催化剂和还原石墨烯；

在pH值为1～3的条件下，将所述还原石墨烯、铁源、十二磷钨酸钠和水混合，进行复合反应，得到还原石墨烯负载杂多酸铁复合体；

将所述还原石墨烯负载杂多酸铁复合体和均相碳掺杂Bi₃Cl₄O半导体光催化剂分散在N,N-二甲基甲酰胺水溶液中，进行化学自组装，得到所述光芬顿催化剂。

优选地，所述复合反应的温度为室温，时间为16～18h。

优选地，所述还原石墨烯负载杂多酸铁复合体在N,N-二甲基甲酰胺水溶液中的浓度为0.1～2mg/L。