[发明专利]一种二硫化亚铁/氮化碳复合光催化剂的制备与应用

说明书

本发明公开了一种二硫化亚铁/氮化碳复合光催化剂的制备与应用，属于光催化技术领域。本发明在碳化氮(g‑C₃N₄)表面上负载二硫化亚铁(FeS₂)，通过控制工艺参数调控Fe、S的含量和碱的浓度，以确保Fe和S以二硫化亚铁的形式与碳化氮形成复合催化剂，该复合型催化剂既能维持碳化氮的催化活性，又能发挥二硫化亚铁的独特性能。经实验证明，负载二硫化亚铁/氮化碳光催化剂对有机物的催化效果好，降解效率高达98％，可循环多次使用，并且相比传统的芬顿反应(pH条件要求在3‑4之间)，本发明的光催化剂适用范围更广。此外，本发明制备的光催化剂的反应产物为CO₂和H₂O，无二次污染，具有绿色，高效，低成本等优点。

技术领域

本发明涉及一种二硫化亚铁/氮化碳复合光催化剂的制备与应用，属于光催化技术领域。

背景技术

随着经济的发展，人民生活水平的提高，越来越多的化学合成品进入到我们日常生活中，给我们生活带来便利的同时，也给我们所居住的环境带来巨大的挑战。如多环芳烃类、有机氰类、合成染料、合成农药等难降解有机物排入水体后会直接或间接被人体吸收，而这些难降解有机物具有致癌、致畸、致突变、半挥发性，可随着食物链富集，并在人体内长期残留等特点。如何快捷有效的除去难降解有机物是我们所面临和思考的难题。对于上述问题目前也有多种处理方法，如吸附、萃取、膜处理等多种物理法，利用微生物新陈代谢来处理的生物法，以及各种氧化技术。物理法虽然该操作简单，但只能对难降解有机物进行固定和相间转换，无法彻底消除，易造成二次污染；生物法是污染物治理中最完全、最清洁的技术，但由于受微生物生存条件的限制，使得微生物易失活，实际应用效率低。

氮化碳是传统的半导体材料，C、N原子在结构中以sp²杂化，并形成了高度离域的共轭体系，禁带宽度约为2.70eV，以吸收蓝紫光为主。与传统的TiO₂相比，能够更有效的活化分子氧并产生活性物种。而二硫化亚铁又称黄铁矿，是自然界中分布最广泛的硫化物矿物，但自然界中存在的黄铁矿含有钴、镍、硒杂质，催化效率不高。目前，人工合成二硫化亚铁有立方体、五角十二体、八面体、球形，可应用于橡胶、造纸、电极材料、光催化等方面。但单纯的二硫化亚铁对可见光的利用率不高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种二硫化亚铁/氮化碳复合光催化剂的制备与应用。本发明是基于·OH的高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes，AOPs)，以g-C₃N₄为载体来负载FeS₂，制备了一种二硫化亚铁/氮化碳光催化剂，通过激活双氧水产生氧化电位为2.80eV的羟基自由基，对难降解有机物进行快速无差别地降解，可适用于实际有机废水的净化处理。

本发明的第一个目的是提供了一种二硫化亚铁/氮化碳光催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)通过煅烧g-C₃N₄前驱体制备g-C₃N₄；

(2)将一定量的非离子型表面活性剂作为分散剂溶于水中，搅拌至澄清，制得溶液A；向溶液A中加入步骤(1)制备的g-C₃N₄，超声，制得溶液B；在溶液B中加入固体氢氧化物，再加入无机亚铁盐和硫粉，密封搅拌；搅拌后进行水热反应，反应结束后冷却、洗涤、烘干、得到所述光催化剂。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所述煅烧g-C₃N₄前驱体的工艺条件为：以2-5℃/min的升温速率升至300-800℃，并保温2-6h。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所述煅烧g-C₃N₄前驱体的工艺条件为：以2.5℃/min的升温速率升至550℃，并保温4h。