[发明专利]由生物质蜂窝状炭催化剂与光催化剂耦合而成的光电催化剂制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种由生物质蜂窝状炭催化剂与光催化剂耦合而成的光电催化剂制备方法，涉及光电催化技术领域，包括以下步骤：制备生物质蜂窝状炭催化剂；制备光催化剂溶胶或者改性光催化剂溶胶；制备光电催化剂；本发明还公开了该光电催化剂在减排温室气体、液体污染物的吸附、有机染料废水处理和空气中TVOC脱除方面的应用。本发明的有益效果是，采用成熟的旋转涂层法将光催化剂均匀的植入生物质(炭)表面，具有较好的牢固性，不影响使用强度；制备设备、工艺简单；具有良好的抗水和抗硫性能；将生物质炭催化剂与光催化剂进行结合，实现了微波/光电协同效应，合理利用能源，该材料在光电催化领域具有很大的潜力。

技术领域

本发明涉及光电催化技术领域，尤其涉及一种生物质蜂窝状炭催化剂与光催化剂耦合而成的光电催化剂制备方法及其应用。

背景技术

为解决全球变暖问题，温室气体的减排势在必行。众多减排方法中，温室气体的催化重整技术由于效率高、经济效益好等优势，被认为是一种最具前景的技术。在温室气体的催化重整技术中催化剂的选择尤为重要。传统的催化剂存在许多问题，诸如易团聚、难分离和严重的热质传递限制等。

中国专利CN 101285789 A、CN109833893 A、CN101157023 A中，均采用成型生物质微波热解之后的生物质炭催化剂来重整温室气体能够很好的解决传统催化剂存在的众多问题。但生物质在微波热解中存在放电行为，此过程不仅会产生电流，而且会发出紫外线以及可见光。由此，可通过加入一定物质能够利用这部分能量，既能利用光能，也能利用其中的电能。

对于光电催化而言，就是把光催化与电催化相结合。光催化是利用太阳光(紫外线及部分可见光)去完成催化过程的一种技术，是一种最廉价的方法；相比光催化，电催化具有效率高和转化方便等优势而被广泛的应用。把光催化和电催化相结合，不仅可以利用光催化活性，降低能耗，而且还可以利用电催化提高催化的效率。要想进一步提高催化效率，就应该制备优良的催化剂。

制备优良光催化剂的材料要具有以下两个特性，一是要有广泛的光吸收响应范围，二是能够实现有效的电子-空穴的分离传输，并且抑制电子-空穴的复合。近年来，光电催化技术取得了较大的发展，国内外对催化剂的制备、表征、改性及其作用机理的研究逐渐增多。许多光催化剂不仅有很宽的价带能级和很高的光催化活性，而且资源丰富、无毒、易于回收、耐化学腐蚀和光腐蚀、催化活性高、价格低廉以及具有广泛的光响应范围等优势。

尽管有许多优良的光催化剂可以选择，但粉体催化剂在实际应用中存在光吸收率低、难以分离且易凝聚等不足。在实际应用受到一定的限制，从而制约了光催化剂的产业化。为了得到更稳定的催化剂，对其进行一定的改良，不仅可以提升能量的利用率，而且还可以避免大量电子-空穴的复合。

为了得到更好的催化效果，我们还希望通过一定手段使电子附着在光催化剂表面以实现光电协同。

发明内容

为解决解决颗粒状催化剂稳定性差以及磨损大等问题，同时也是为了能够实现微波/光电协同效应，合理利用能源，本发明公开了一种由生物质蜂窝状炭催化剂与光催化剂耦合而成的光电催化剂制备方法及其应用。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

由生物质蜂窝状炭催化剂与光催化剂耦合而成的光电催化剂制备方法，包括以下步骤：

a制备生物质蜂窝状炭催化剂

a1将一定量的生物质用粉碎机粉碎至8～25目，置于大烧杯中，加入润湿剂、造孔剂和粘结剂，搅拌均匀，搅拌之后的混合物用模具压制得成型的蜂窝状生物质；

a2将成型后的蜂窝状生物质置于真空干燥箱干燥，干燥温度为20～70℃，干燥时间为10～24h；

a3再将干燥的成型生物质置于微波炉中，通入一定时间的惰性气体以排空炉内空气后，设定微波功率以及时间，炭化得到生物质蜂窝状炭催化剂；