[发明专利]一种复合光催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种复合光催化材料及其制备方法和应用，涉及水处理领域。该复合光催化材料包括：泡沫碳、金属氧化物纳米阵列以及贵金属纳米颗粒。本发明通过浸渍法‑水热法在泡沫碳基底上原位生长金属氧化物纳米阵列，再通过化学还原法将贵金属纳米颗粒负载在金属氧化物纳米阵列上，形成比表面积高、孔道结构适中、活性位点丰富的三维多孔分级结构复合光催化材料。采用该材料对含有高价重金属和有机污染物的重污染废水进行光催化氧化处理，可同时去除高价重金属和有机物，操作过程简单，材料价格低廉，无需加入其他牺牲剂，处理成本低，催化性能较高，稳定性好，可应用于饮用水、工业废水、天然水体中高价重金属和有机物复合污染的深度处理工程中。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种复合光催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业发展，越来越多污染物进入环境使得水中的污染物种类错综复杂，最为典型的就是有机污染物与重金属共存的情况大量存在。尽管针对不同污染物开发出了不同的水污染控制技术，例如通过芬顿或生物技术高效去除水中难降解有机污染物、采用吸附或混凝等技术去除水中重金属。但是采用单一技术手段同时实现有机污染物和重金属的去除仍是一个难题。为了应对复合污染的新挑战，找到一种高效水污染控制技术是紧迫而重要的。

光催化技术以其成本低、操作简单、条件温和、高效且环境友好等优势，特别是光生电子和空穴可以分别氧化有机物和还原重金属离子，为实现复合污染物同步去除提供了新方法，而且还为提高整体催化效率提供了新的机会。相对于通过形貌控制、掺杂、表面修饰等方法改善异相光催化剂活性的研究而言，借助均相协同反应提高光生电荷利用效率的研究成为近期的热点领域。虽然将有机污染物光催化氧化和高价重金属光催化还原过程协同起来，可以很大程度提升反应效率，然而对于同时具有异相和均相反应过程的协同光催化体系，多种污染物分子间相互作用，特别是光激发的催化剂与这些污染物界面处的电荷转移过程，对于协同光催化性能的影响仍知之甚少。另一方面，尽管目前已经开发出大量的光催化材料，但是粉体催化剂催化效率不足、难以分离、以及反应活性位点有限仍制约着该技术在实际水处理中的应用。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中同时去除有机污染物与重金属的光催化材料催化效率不足、难以分离、反应活性位点有限的缺陷，从而提供一种新型的复合光催化材料及其制备方法和应用。

第一方面，本发明提供一种复合光催化材料，包括：泡沫碳、金属氧化物纳米阵列以及贵金属纳米颗粒，所述金属氧化物纳米阵列负载在所述泡沫碳上，所述贵金属纳米颗粒负载在所述金属氧化物纳米阵列上。

进一步地，所述金属氧化物纳米阵列包括由氧化锌、氧化钛或氧化钨中的至少一种形成的金属氧化物纳米阵列。

进一步地，所述贵金属纳米颗粒包括铂纳米颗粒、银纳米颗粒或钯纳米颗粒中的至少一种。

第二方面，本发明提供所述的复合光催化材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)取泡沫碳，裁剪，清洗并晾干；

(2)将步骤(1)处理后的泡沫碳浸泡于晶种溶液中，取出后烘干，煅烧；

(3)将步骤(2)煅烧后的材料放置于前驱体溶液中进行水热反应，冷却至室温，清洗并干燥，得到负载金属氧化物纳米阵列的泡沫碳材料；

(4)采用化学还原法在步骤(3)得到的材料的金属氧化物纳米阵列上负载贵金属纳米颗粒，得到所述复合光催化材料。

进一步地，所述晶种溶液包括以下溶液中的至少一种：锌盐的醇溶液、钛盐的醇溶液与盐酸溶液的混合溶液、钨盐的醇溶液与过氧化氢溶液的混合溶液；

所述前驱体溶液包括以下溶液中的至少一种：锌盐的水溶液与六次甲基四胺溶液的混合溶液、钨酸盐的水溶液、钛盐的水溶液。

进一步地，所述锌盐的醇溶液中锌盐的摩尔浓度为0.01～0.03mol/L；