[发明专利]一种可见光响应复合光催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明涉及光催化技术领域，尤其涉及一种可见光响应复合光催化剂的制备方法及应用，包括以下步骤：(1)在惰性气体保护下将铁盐与有机配体加入到有机溶剂中，得反应液；(2)在无氧环境下，将反应液进行溶剂热反应，反应完成后离心得粗产物；(3)将粗产物洗涤，真空干燥后，即得可见光响应复合光催化剂。本发明制备方法操作简单，条件易于控制，易于产业化；通过负载特定的有机配体(ligand A)，扩大了铁基催化剂的光响应范围，使其能被可见光激发，实现可见光下染料的高效降解。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，尤其涉及一种可见光响应复合光催化剂的制备方法及应用。

背景技术

有机染料作为一种重要的化工产品，与人类的衣食住行密切相关。但随着染料工业的飞速发展，产生的有机废水也成为水体污染源之一。甲基橙和靛蓝胭脂红是常见的水体污染物，通常的处理方法有物理吸附，电化学氧化法和膜过滤法，但这些方法降解效率低下、能耗大，还可能造成二次污染，而光降解具有利用太阳能，清洁高效等优点。通常TiO₂、WO₃等半导体光催化剂对太阳光利用效率低，价格昂贵。

铁元素来源丰富、廉价且无毒，铁基光催化剂具有较窄的禁带宽度，相比于其他金属具有更好的光吸收与激发特性。中国专利文献上公开了“一种铁基复合光催化剂阵解低浓度染料废水的应用”，其申请公布号为CN 110818013A，该发明以铁基氧化物为基质，通过与g-C₃N₄和Ce依靠分子间的相互作用力进行负载，通过负载配体，拓宽铁基催化剂的禁带宽度，扩大了其对可见光的光响应范围，使其能被可见光激发，实现高效的可见光响应。但是，该发明的铁基复合光催化剂仅针对低浓度的染料废水的降解，对高浓度的染料废水的降解效率较低。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种可见光响应复合光催化剂的制备方法，该方法操作简单，条件易于控制，易于产业化。

本发明还提供了一种由上述制备方法制得的可见光响应复合光催化剂在降解染料废水中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种可见光响应复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)在惰性气体保护下将铁盐与有机配体加入到有机溶剂中，得反应液；

(2)在无氧环境下，将反应液进行溶剂热反应，反应完成后离心得粗产物；

(3)将粗产物洗涤，真空干燥后，即得可见光响应复合光催化剂；

步骤(1)中，所述有机配体(ligand A)的结构式为：

本发明通过负载特定的有机配体(ligand A)，扩大了铁基催化剂的光响应范围，使其能被可见光激发，实现可见光下染料的高效降解。具体的机理为：将氮杂环卡宾(NHC)的给电子能力与铁基催化剂的光催化能力相结合。这种复合光催化剂可以被光充分激发以生成电子-空穴对，而NHC上的孤电子可以迅速与空穴复合，从而延长了光生电子的寿命，提高光催化效率。

作为优选，步骤(1)中，所述铁盐选自氧化铁、氧化铁的水合物、硫酸铁和硫酸铁的水合物中的一种。

作为优选，步骤(1)中，所述有机溶剂由体积比为1:1的N-N二甲基甲酰胺和乙醇组成。上述有机溶剂组合具有易溶解铁盐和配体，促进结晶的效果。

作为优选，步骤(1)中，所述有机溶剂由体积比为1:1的N-N二甲基甲酰胺和乙醇组成。

作为优选，步骤(1)中，反应液中有机配体的浓度为0.01～1mol/L。

作为优选，步骤(2)中，溶剂热反应的温度为175～210℃，反应时间为12～20h。