[发明专利]一种可见光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种可见光催化剂及其制备方法、可见光催化剂活化过硫酸盐体系及其应用，该可见光催化剂包括碳材料、过渡金属化合物和包覆材料，碳材料为导电碳材料，过渡金属化合物选自过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、含过渡金属的酸或盐类化合物中的一种或几种。该可见光催化剂具有高可见光催化活性，其自身具有有机污染物降解性能，并可活化过硫酸盐，二者协同降解难降解有机污染物，在地下水、垃圾渗滤液、有机废水、路面雨水等水处理领域具有良好的应用前景，本发明的可见光催化剂活化过硫酸盐体系克服了过硫酸盐氧化技术对有机污染物降解不彻底的问题，且颗粒状可见光催化剂易回收、降低了传统铁基过硫酸盐活化剂引起的二次污染风险。

技术领域

本发明属于多功能环境材料和水处理领域，具体涉及一种可见光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，由于药物、个人护理品和洗涤剂等有机用品的大量使用及排放，导致地表水和地下水受到不同程度的污染，有机污染物具有多元环结构，结构复杂、稳定性强、可生化性差、处理难度大，给水处理领域提出了新的挑战。因此，以难降解有机质为代表的有机废水处理的研究，对水质安全保障和水环境改善具有重要意义。

在活化剂激发条件下，过硫酸盐产生高活性硫酸根自由基团氧化难降解有机质。同时，过硫酸盐高级氧化技术具有氧化能力强、无选择性等特点，被广泛用于有机废水的处理。但是现有活化剂以粉末铁基活化剂为主，反应后活化剂难回收，导致处理水环境中三价铁含量升高，引发二次污染问题。此外，过硫酸盐高级氧化技术适用于高浓有机废水的处理，但是针对低浓度有机污染水体的处理效果不理想。以上问题限制了过硫酸盐高级氧化技术的进一步应用。

光催化技术依靠太阳光的能量输入降解有机污染物，被认为是绿色环保的水处理技术。光催化剂在光照条件下产生光生电子，具有活化过硫酸盐的潜能，因此，研究采用光催化剂对过硫酸盐进行活化，提升污染物的降解效果。

综上，亟需开发一种可有效活化过硫酸盐并便于回收的可见光催化剂。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，研究并制备出一种可见光催化剂，并构建该可见光催化剂活化过硫酸盐体系，该可见光催化剂包括碳材料和过渡金属化合物，还包括包覆材料，碳材料为导电碳材料，过渡金属化合物选自过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、含过渡金属的酸或盐类化合物中的一种或几种。本发明的可见光催化剂具有高可见光催化活性，其自身具有有机污染物降解性能，并可活化过硫酸盐，达到二者协同降解难降解有机污染物的目的。在地下水、垃圾渗滤液、有机废水、路面雨水等水处理领域具有良好的应用前景。本发明的可见光催化剂活化过硫酸盐体系克服了过硫酸盐氧化技术对有机污染物降解不彻底的问题，且颗粒状可见光催化剂易回收、降低了传统铁基活化剂引起的二次污染风险，从而完成本发明。

本发明的目的一方面在于提供一种可见光催化剂，其中，所述可见光催化剂包括碳材料和过渡金属化合物，所述碳材料为导电碳材料，所述过渡金属化合物选自过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、含过渡金属的酸类或盐类化合物中的一种或几种。

其中，所述可见光催化剂还包括包覆材料，所述碳材料选自石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、富勒烯、还原氧化石墨烯中的一种或几种，所述过渡金属选自Ti、Mo、W、Fe、V、Ni中的一种或几种，所述包覆材料选自多糖类化合物，优选选自海藻酸钠、聚乙烯醇中的一种或几种。

其中，所述碳材料为氧化石墨烯，所述过渡金属化合物选自过渡金属氧化物和过渡金属硫化物中的一种或几种，优选选自二氧化钛、氧化钨、二硫化钼、硫化镉、氧化锌、三氧化二铁、五氧化二钒中的一种或几种，更优选为二硫化钼和氧化钨，更优选为二硫化钼量子点和氧化钨纳米颗粒，

所述包覆材料为海藻酸钠。

所述可见光催化剂为颗粒状，所述可见光催化剂的直径为2.0～3.0mm。

本发明的第二方面在于提供一种可见光催化剂的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤：