[发明专利]一种光催化材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及光催化剂技术领域，尤其涉及一种光催化材料及其制备方法与应用。本发明公开了一种光催化材料，包括：二维钛酸纳米片层和负载在所述二维钛酸纳米片层表面的氧化镍和笼型聚倍半硅氧烷。本发明中，二维钛酸纳米片和笼型聚倍半硅氧烷POSS具有较大的比表面积以及大量的表面羟基等基团，因此对染料有较好的吸附性能，并通过敏化作用增强太阳光的吸收能力；负载的NiO纳米颗粒与二维钛酸纳米片形成异质结，有利于生产的光生载流子分离。该光催化剂先在废水中吸附有机染料至饱合后，再将利用光对光催化剂上的有机染料进行分解，使得光催化剂单次降解的有机染料变多，对有机染料的降解率高。

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，尤其涉及一种光催化材料及其制备方法与应用。

背景技术

有机染料废水中常常含有大量的对动植物有害的有毒物质，当它们流入江河大海、甚至渗透到地下水之后将对水环境造成严重的污染。为了有效地去除废水中的这些有机污染物，人们已经采用了众多的解决办法。一些常见的传统方法有吸附法、絮凝法、生物降解法以及反渗透法等。在这些方法中，吸附技术由于操作简单、适用于诸多的吸附剂等优点而引起了人们特别的关注。其中较典型的应用就是利用活性炭的大比表面积和强吸附能力来吸附去除废水中的有机污染物。尽管如此，为了恢复吸附剂的吸附性能以及避免被吸附的污染物产生二次污染，需要将吸附在吸附剂表面的有机污染物进行矿化。而传统的处理如化学法或高温热处理法需要在高温或高压的条件下执行，因此单纯的吸附处理法往往非常耗能、处理成本高。

近年来，人们发现利用光催化技术能将大量的有机污染物催化降解成无害的小分子，甚至能将有机污染物彻底氧化分解成水、二氧化碳。由于光催化反应在光照下进行，因此可以利于太阳辐射为我们源源不断地提供光催化反应所需要的光能。另外，光催化降解反应的产物一般无毒无害。因此，用光催化技术来去除各类有机污染物具有广阔的应用前景。但是，在高色度有机污染体系如染料废水中，由于体系中往往具有较低的光透过率，导致到达催化剂表面的光能非常有限。在这种条件下，光催化剂的光催化活性被显著抑制，导致有机染料的降解效果差。

发明内容

本发明提供了一种光催化材料及其制备方法与应用，解决了现有的光催化剂对有机染料的降解效果差的问题。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种光催化材料，包括：二维钛酸纳米片层和负载在所述二维钛酸纳米片层表面的氧化镍和笼型聚倍半硅氧烷。

本发明中，二维钛酸纳米片和笼型聚倍半硅氧烷POSS具有较大的比表面积以及大量的表面羟基等基团，因此对染料有较好的吸附性能，并通过敏化作用增强太阳光的吸收能力；负载的NiO纳米颗粒与二维钛酸纳米片形成异质结，有利于生产的光生载流子分离。

优选地，所述光催化材料中，所述二维钛酸纳米片层的质量含量为60％～90％，所述氧化镍的负载量为0.1％～5％，所述笼型聚倍半硅氧烷的负载量为10～35％。

优选地，所述二维钛酸纳米片层的长度为100nm～300nm，宽度30nm～100nm，厚度为4nm～10nm。

优选地，所述笼型聚倍半硅氧烷的粒径为2.0nm～3.5nm。

优选地，所述氧化镍的粒径为0.2nm～1nm，更优选为0.5nm或1nm。

本发明还提供了上述光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将镍源与二氧化钛混合后分散在碱性溶液中，然后进行加热，得到氧化镍负载的二维钛酸纳米片层；

步骤2：将所述氧化镍负载的二维钛酸纳米片层和笼型聚倍半硅氧烷分散在有机溶剂中在催化剂的条件下进行催化反应，得到光催化材料。

本发明步骤1中，所述镍源为镍盐，优选为硝酸镍。

所述碱性溶液优选为氢氧化钠溶液。