[发明专利]一种碳氮硫共掺杂的异质结光催化剂及其制备方法和用途

说明书

一种碳氮硫共掺杂的异质结光催化剂，为石墨化的氮化碳和碳氮硫共掺杂的二氧化钛纳米粒子按照摩尔比为1：8复合构成的微球结构，通过将三聚氰胺与硫脲加入到用于制备TiOsubgt;2/subgt;的A溶液中，一步水热法与绝氧煅烧制备得到碳氮硫共掺杂的CNS‑TiOsubgt;2/subgt;/g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;异质结光催化剂。本发明所制得的CNS‑TiOsubgt;2/subgt;/g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;异质结光催化剂对以甲基橙为代表的纺织业废水具有优异的可见光降解活性，在处理纺织废水领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及催化材料领域，特别涉及一种碳氮硫共掺杂的异质结光催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

随着世界工业化的不断加快，产生的工业废气、废水以及粉尘等污染物急剧增加，对环境造成的污染已成为严重的全球性问题。自1976年，Carey等人发现经过紫外光照射，二氧化钛(TiO₂)成功将多氯联苯溶液光降解脱氯，这开启了利用光催化剂进行污染物处理的新途径。光催化技术具有反应条件温和、操作简单、无二次污染等优点，能够比较彻底地治理环境污染，因此光催化降解污染物已逐渐成为解决环境问题绿色新技术和最有前景的污染治理途径而备受关注。

TiO₂因其具有合适的能带位置、良好的稳定性、无毒及价格低廉等优点，成为一种理想的环保型光催化材料，并在污水处理中得到了广泛的应用。然而TiO₂在实际应用中，由于带隙(Eg＝3.2eV)较宽导致光响应范围窄，只能被占太阳光4％的紫外光所激发，对太阳光中约占50％的可见光利用率极低；而且TiO₂光生电子-空穴(e^-/h⁺)极易快速复合，使得TiO₂光催化降解总效率不高。

现今，通过与非金属元素，窄带隙的半导体等进行掺杂或耦合，可以极大地提高TiO₂的光催化性能。据报道，g-C₃N₄以其中等宽度带隙、优良的光生电子-空穴(e^-/h⁺)传递能力、制备简便、前驱物种类众多等优点，g-C₃N₄成为与TiO₂复合形成异质结的首选。二者复合可以拓展TiO₂的光响应范围，同时，形成异质结可以降低光生电子-空穴的复合率，提高可见光催化活性。研究人员已经制备了g-C₃N₄/Ag/TiO₂微球、(Au/A-TiO₂)@g-C₃N₄异质结、TiO₂/g-C₃N₄/Bi₂WO₆异质结等将g-C₃N₄和TiO₂结合形成异质结催化剂，在有机污染物的降解中有很显著的效果。然而，其中一些复合催化剂中含有重金属，可能会在废水净化中造成二次污染。

因此，如何开发一种安全、环保，在可见光下具有高催化活性的光催化剂，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种碳氮硫共掺杂的异质结光催化剂，其可见光催化活性高，对有机污染物的降解能力强，尤其适用于处理含有甲基橙的纺织废水。

本发明的技术方案是：一种碳氮硫共掺杂的异质结光催化剂，为石墨化的氮化碳和碳氮硫共掺杂的二氧化钛纳米粒子按照摩尔比为1：8复合构成的微球结构。

本发明还提供了上述异质结光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)取钛源，滴入水和乙醇的混合溶液中，搅拌，得到A溶液，其中，混合溶液的温度为0～4℃；