[发明专利]一种基于矿物复合材料的可见光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开一种基于矿物复合材料的可见光催化剂及其制备方法，该可见光催化剂是基于高岭土材料制备而成的，高岭土是一种典型的二维层状矿物，由硅氧四面体和铝氧八面体组成，丰富的表面键合、羟基结构、吸附位点以及微米级尺寸使得最终制备出来的催化剂材料为不规则的块状聚集体，产品尺寸在1～10微米，具有大的比表面积和活性位点，可避免异质结结构团聚，与污染物有效接触后使得催化降解效率得到显著提升；其可快速处理浓度不大于40ppm的微量盐酸四环素，催化效率可达88.23％。

技术领域

本发明属于无机纳米复合材料技术领域，具体涉及一种基于矿物复合材料的可见光催化剂及其制备方法。

背景技术

环境和能源问题是21世纪的突出问题，受到各界人士的广泛关注，水资源短缺问题是一项重点关注问题，由于工业和产业化的快速发展，水体中的污染物种类繁多，包括农药、抗生素、重金属和其他各种毒素，如果不能得到有效的清除，将对人类的生存发展造成严重的威胁。近年来，包括膜过滤、化学氧化、物理吸附和生物降解在内的多种工艺都被应用于水处理过程中，但是此类方法通常面临能耗高、处理不完全、成本高、净化效率低等问题，往往难以达到处理标准。高级氧化工艺是近年来兴起的一项新工艺，其能够有效降解传统方法不能有效去除的难降解化合物，因而在水处理应用中显示出良好的前景。

金属硫化物因其丰富、良好的光学性质和足够的电荷传输性质而被用于太阳能光催化降解有机污染物过程中。其中，SnS₂表现出很强的光学各向异性和电子导电性，并具有化学稳定性好、无毒、成本低、热稳定性好、太阳能利用率高(高光吸收系数104cm^-1)等优点，这使得SnS₂更适合光催化和电催化研究。SnS₂由于其带隙窄(～2.2eV)，已被证明是可见光响应的光催化剂，但其光催化效率受到电荷载流子快速复合的限制。

ZnIn₂S₄是一种三元层状过渡金属硫属化合物，以S-Zn-S-In-S-In-S原子层的方式堆叠，在边缘具有大量暴露的活性位点，然而，由于光生电子空穴对的寿命短，纯ZnIn₂S₄的光催化性能低。但当ZnIn₂S₄与SnS₂结合形成复合光催化剂时，能够解决ZnIn₂S₄的严重光腐蚀问题。因为ZnIn₂S₄和SnS₂可以形成具有匹配带隙结构的异质结结构，这就允许了电子和空穴的有效分离，利于电子和空穴在ZnIn₂S₄和SnS₂之间进行迁移，具有解决光腐蚀的可行性，相应地增加了两种硫化物复合物的光催化活性。

如中国专利CN 110694645 A公开一种硫化铟锌纳米片/管状氧化锡异质结及其制备方法与在降解去除水体污染物中的应用，其是通过将在氧化锡纳米管表面均匀生长硫化铟锌纳米片后构建的异质结，该异质结具有较大的比表面积，可以提供更多的催化活性位点，有效提高光生电子-空穴的分离效率，进而提高催化反应活性，更好地用于光催化水体污染物的分离。但是实际情况下，该异质结结构的复合材料在生物环境中的相容性较小，且难以进行回收，投入水体环境中使用后易于造成二次污染的问题。

因此，如能对复合材料进行更为合理的改性使其在具备吸附催化效果的同时能具有易回收的特点无疑会对光降解水体中的有机污染物起到更好的良性作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于矿物复合材料的可见光催化剂及其合成方法，合成方法操作易简单，无污染，催化性能优越，可有效降解水体中的盐酸四环素，从而改善被污染的水质。

本发明的技术方案为：

一种基于矿物复合材料的可见光催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：