[发明专利]Au/NCDs/Bi2

说明书

本发明公开了一种Au/NCDs/Bi₂S₃复合光催化剂及其制备方法和应用，该材料由一维Bi₂S₃纳米管作为基底，其上依次负载氮修饰的碳量子点NCDs和Au纳米颗粒，其中，以质量百分数计，NCDs含量为1.25%~5%，Au纳米颗粒含量为1.25%~5%，Bi₂S₃纳米管含量为90%~97.5%。该复合光催化剂具有较高的比表面积和可见光吸收能力，光生电子可以同步迁移至表面负载的NCDs和Au颗粒上，实现高效的载流子传输和光生电子‑空穴分离效率，光生电子能够实现对水体中Cr（Ⅵ）的还原，达到高效处理水体中高浓度Cr（Ⅵ）污染的目的。

技术领域

本发明属于水污染治理技术领域，具体涉及一种Au/NCDs/Bi₂S₃复合光催化剂、制备方法及其在去除水体中Cr(Ⅵ)的用途。

技术背景

Cr(Ⅵ)是铬离子中化合价最高的物种，具有很强的氧化性，广泛应用于印染、皮革、铬盐生产等领域。Cr(Ⅵ)对生物膜有着较强的渗透作用，对皮肤、消化系统和肝脏会产生严重损害，导致细胞发生癌变，给人体带来长期的负面影响。同时，Cr(VI)在水中的溶解性非常高，其大量释放于水体中，易在环境中扩散、转移，对环境造成持久性危害，严重危害人体健康和生态环境。因此，Cr(Ⅵ)已被美国环境保护局(EPA)确定为17种高度危险的毒性物质之一。当前，含Cr(Ⅵ)废水的处理方法主要有化学还原法、吸附法和膜分离法。其中，吸附法和膜分离法虽然吸附速率快、自动化程度高，但其机械稳定性差、传输性能及流速较低，处理后的水体很难达到国家污染物排放标准，且容易带来二次污染。化学还原法被认为是一种较为有效和彻底的方式，相对于Cr(Ⅵ)，Cr(III)是另一种能够稳定存在的铬离子形式，但其毒性较低，而且易于沉淀下来作为固体废弃物处理。近年来，利用光催化剂在可见光作用下产生电子和空穴对，激发氧化还原反应，被广泛应用于环境污染物的治理和能源转化研究。通过光催化剂表面的电子将Cr(Ⅵ) 转化为较低价态的低毒性Cr(Ⅲ)，为水体中的铬离子污染治理提供了有效路径。该方法反应条件温和，廉价、环保、低能耗，具有较大的发展前景。

中国专利CN 109821525 A公布了一种一种负载生物质碳点缺陷二氧化钛光催化剂的制备方法，并将这种光催化剂用于可见光下降解染料罗丹明B以及还原水中六价铬离子，其材料虽能有效还原水中的六价铬离子，但处理效率较低，仅能在120分钟内完全去除水中40mg/L的六价铬离子，其对于罗丹明B的处理效率也较为有限。

中国专利CN CN 110433844 A公布了一种一种用于高效处理含Cr(Ⅵ)废水的（B，O）共掺杂g-C₃N₄光催化剂的制备方法，通过高温焙烧法制备的（B，O）共掺杂g-C₃N₄光催化剂具有成本低廉，光响应性好等特点，但其对于水中Cr(Ⅵ)处理效率过低，在可见光下仅能在200分钟内处理92%左右的Cr(Ⅵ)，限制了其在实际生产中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种Au/NCDs/Bi₂S₃复合光催化剂、制备方法和在去除水体中Cr(VI)的应用，该复合光催化材料各组分比例可调，生物毒性低，具有较高的比表面积和良好的可见光响应性。其优异的光生电子-空穴分离能力，使得材料在光催化氧化还原污染物降解应用领域极具潜力。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种Au/NCDs/Bi₂S₃复合光催化剂，该材料由一维Bi₂S₃纳米管作为基底，其上依次负载氮修饰的碳量子点（NCDs）和金纳米颗粒（Au），其中，以质量百分数计，NCDs含量为1.25%~5%，Au纳米颗粒含量为1.25%~5%，Bi₂S₃纳米管含量为90%~97.5%。