[发明专利]一种ZIF-8型复合光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种ZIF‑8型复合光催化剂及其制备方法，属于材料科学技术领域。所述制备方法利用生物质材料为原料，首先采用水热法制得生物质N‑CQD，然后将所得生物质N‑CQD和金属有机骨架材料ZIF‑8采用原位合成法制得N‑CQD/ZIF‑8，最后利用还原沉淀法将Cu₂O引入N‑CQD/ZIF‑8中，制得ZIF‑8型复合光催化剂。采用该制备方法制得的ZIF‑8型复合光催化剂有效提高了现有ZIF‑8型复合光催化剂的光催化性能稳定性。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，涉及一种ZIF-8型复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

在制革行业、纺织品生产、印染等工业废水中产生的六价铬(Cr(VI))主要以铬酸盐(-CrO₄)和重铬酸盐(-Cr₂O₇)形式存在，其具有“三致”效应，人体吸入可能致癌，难以生物降解并且会对环境造成严重的污染。

在可见光照射下半导体光催化还原Cr(VI)的技术不仅具有绿色环保、能耗低、反应效率高、不易产生二次污染等优点，并且在其他有机污染物的降解方面具有明显的优势。因此，半导体光催化还原Cr(VI)的技术被广泛认为是一种很有前景的重金属铬离子的处理方法。

在众多催化剂中，金属有机骨架材料(MOFs)是一类由金属离子和有机配体通过自组装而成的多孔材料，由于其具有高比表面积、结构可剪裁和丰富的催化活性位点等，因而被广泛的应用于光催化领域，但是大多数MOFs仍然存在稳定性差，光生电子-空穴对复合迅速等问题。

氮掺杂碳量子点(N-CQD)作为一种新型荧光碳纳米材料，自身具备环保、易修饰、制备成本低等优异性能，同时又具有较高的光生电子转移率的独特优势，且氨基的掺杂可以大幅度地提高可见光的利用效率，所以利用N-CQD来改善MOFs的光催化性能，但研究发现，N-CQD/ZIF-8的稳定性能仍然有待提高。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种ZIF-8型复合光催化剂及其制备方法，提高了ZIF-8型复合光催化剂的光催化性能稳定性。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种ZIF-8型复合光催化剂的制备方法，利用生物质材料为原料，首先采用水热法制得生物质N-CQD，然后将所得生物质N-CQD和金属有机骨架材料ZIF-8采用原位合成法制得N-CQD/ZIF-8，最后利用还原沉淀法将Cu₂O引入N-CQD/ZIF-8中，制得ZIF-8型复合光催化剂。

优选地，具体包括以下步骤：

将生物质材料粉碎后干燥，得到生物质粉末，将所得生物质粉末和尿素进行水热反应，制得生物质N-CQD；将所得生物质N-CQD分别均匀分散于两份溶液中，分别得到溶液A和溶液B，将金属锌基前驱体与咪唑类配体分别溶于溶液A或溶液B中，得到反应液A和反应液B；基于原位合成法将所得反应液A和反应液B进行反应，得到固体沉淀物，将所得固体沉淀物经纯化干燥后，制得N-CQD/ZIF-8；将金属铜盐和N-CQD/ZIF-8溶于水中，配制金属铜盐/N-CQD/ZIF-8溶液；另取等质量的金属铜盐溶于水中，配制金属铜盐溶液；将所得金属铜盐溶液滴入所得金属铜盐/N-CQD/ZIF-8溶液中后，继续加入磺酸盐类分散剂、碱性物质、还原剂于常温下进行还原沉淀反应，反应结束后离心得到固体产物，将所得固体产物洗涤后干燥，制得ZIF-8型复合光催化剂。

进一步优选地，生物质粉末与尿素的质量比为1g:(0.1～0.4)g；

配制溶液A或溶液B时，溶液为CH₃OH溶液，生物质N-CQD与溶剂的用量比为0.001～0.003g:200～300mL。