[发明专利]一种全天候光催化复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种全天候光催化复合材料的制备方法及其应用，其制备方法包括以下步骤：称取已制备好的长余辉材料SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺与尿素充分研磨混合，于马弗炉中通过高温煅烧法，得到固体粉末，冷却后充分研磨得到疏松，极细的SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺(x)/g‑C₃N₄复合光催化剂，将所得光催化剂在水溶液中高效降解甲基橙，进行全天候可见光催化降解，降解率可以达到97.9％，具有优异的光催化降解能力，有望在染料废水处理方面获得实际应用。同时该复合材料在无光照射的情况下，仍能依靠长余辉材料的余辉性能发挥光催化作用，打破了以往光催化材料依赖于光能的问题，故该法制备的复合光催化材料具备良好的应用前景。

技术领域

本发明一种全天候可见光响应型SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺(x)/g-C₃N₄复合光催化剂的制备及其应用方法，属于纳米材料技术领域，具体涉及一种可以用于降解水体中偶氮染料等污染物的光催化剂SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺(x)/g-C₃N₄的制备及其应用方法。

背景技术

随着现今环境问题的不断恶化以及可再生能源短缺的问题，半导体光催化技术应运而生，因其操作便捷、材料易得、反应迅速彻底、且其使用可再生能源，前期主要是研究TiO₂与铝酸盐荧光粉的结合，但光催化技术依赖于光源，限制了该技术在无光环境下的使用，而通过结合硅酸盐基长余辉材料，使得在夜间也能保持催化活性，但长余辉材料发出的光通常位于可见光波段，不太能被3.2eV宽带隙的TiO₂响应，此时石墨相氮化碳(g-C₃N₄)的出现解决了这样一个难题，g-C₃N₄的带隙比较窄(2.7eV)，在可见光的照射下能够具有良好的光化学稳定性和突出的光催化性能，同时它也方便易得，可以用尿素、三聚氰胺、氰氨等原材料一步聚合，相对于一些传统的贵金属催化剂，在原材料价格上也便宜很多。

所以一种能够增强g-C₃N₄可见光利用率和光催化活性的方法在催化抗菌和降解有机物方面具有广阔的应用前景。

在光催化反应过程中，半导体光催化剂受光激发，产生光生电子，并由催化剂的价带跃迁至导带，同时在价带上生成光生空穴，从而在催化剂内部形成高能量的电子-空穴对。其中g-C₃N₄容易与偶氮染料结合，或者与吸附在催化剂表面的H₂O或OH^-反应生成具有强氧化能力的活性物种羟基自由基(HO·)，进而将有机物转化为无害的CO₂和H₂O；而导带上的电子则具有还原能力，可以与溶液中的溶解氧(O₂)反应生成超氧自由基(·O^2-)，再与有机污染物直接反应或者先经过一系列反应生成羟基自由基(HO·)，再与有机物进行降解反应。同时在此过程中溶解氧(O₂)可以捕获光生电子，阻止电子空穴复合，提高光催化活性。

目前通过改性g-C₃N₄来提高其光催化性能的方法有很多，但由于光催化剂需要在光照情况下才能发挥作用，而长余辉材料可以在光照射的时候贮存光能，在暗态下缓慢释放光能，使长余辉发光材料与传统光催化剂复合让其发挥两者双重作用，形成新型在暗态下也能发挥高效光催化性、抗菌性的材料。因此将长余辉材料与改性光催化剂相结合可以构造一种全天候复合光催化材料，具有重大的科学研究意义和社会经济价值。

发明内容