[发明专利]可见光钒酸铋、碳量子点和钌量子点的复合光催化剂及其制备方法、应用和降解方法

说明书

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种可见光钒酸铋、碳量子点和钌量子点的复合光催化剂及其制备方法、应用和降解方法。本发明通过第一次水热反应，在制备得到钒酸铋纳米线载体的过程中，原位的将碳量子点嵌入到钒酸铋纳米线载体中；通过第二次水热反应，直接将部分铋(0.01‑3％)和钌进行离子交换，在(1‑5％)H₂/Ar的混合气体中煅烧，从而还原得到同样嵌在钒酸铋纳米线中的钌量子点单质。所得催化剂为以钒酸铋纳米线为载体，其中嵌入碳量子点和钌量子点。本发明所提供的复合光催化剂可在可见光条件下对甲醛、亚甲基蓝或四环素进行催化降解。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种可见光钒酸铋、碳量子点和钌量子点的复合光催化剂及其制备方法、应用和降解方法。

背景技术

甲醛在工业上主要用于制造树脂(酚醛树脂、脲醛树脂等)、塑料、皮革、纸、人造纤维、胶合板、防腐和熏蒸剂等，这些行业常产生含甲醛的废水，因此甲醛废水的来源十分广泛。甲醛易发生聚合反应生成缩聚醛、多聚甲醛等大分子物质，这类大分子化学结构稳定，不易被氧化降解。甲醛具有高生物毒性，甲醛能与微生物体内的蛋白质、DNA、RNA直接反应，从而抑制其生物活性，甚至导致微生物死亡，一般情况下，当水溶液中甲醛浓度超过175mg/L时，对好氧降解微生物有抑制作用，当浓度超过100mg/L时，对厌氧降解微生物有抑制作用。亚甲基蓝广泛存在于印染工业废水和印染生产废水中，进入水体后，会阻碍水体透光性,减缓水生植物的光合作用和生长，降低水中气体的溶解，破坏水生生态系统。并且染料含有复杂的芳香基团难以生物降解脱色，而且许多染料或其降解产物具有生物毒性，能够致癌、致畸甚至诱发基因突变，这些有毒物质可经食物链传递至人体，并对人体造成伤害。四环素是药物及个人护理品中常见的化合物，具有较强的生物活性、旋光性和极性，是一种典型的杀菌性药物，被广泛应用于治疗人体疾病和预防禽畜的细菌性病害。四环素主要来源之一是医药废水，经不完全处理排放到地表水，从而污染天然水体。四环素长期大量存在会打破水体平衡，造成水环境生态系统的极大破坏。进入人体后能够危害人体造血功能、肾功能、干扰激素平衡甚至可致突变和癌变。

钒酸铋(BiVO₄)是一种具有可见光响应的光催化材料，因其具有合适的带隙、相对较高的光稳定性、独特的晶体结构和绿色无毒等特性，被广泛地应用光催化领域，如光催化水裂解、选择性光有机合成以及空气或水中有机污染物的净化等方面。

虽然现有技术提供了一些对钒酸铋进行负载以改性的技术方案，但是，改性后的钒酸铋在性能上提高有限，在实际应用中因为光生空穴复合、吸收光谱范围窄等因素导致降解活性仍然不理想。并且多采用石墨烯、碳纳米管等碳材料，成本昂贵。且因为性能不足的原因，应用范围有明显的局限。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种可见光钒酸铋、碳量子点和钌量子点的复合光催化剂及其制备方法、应用和降解方法。本发明所提供的复合光催化剂可在可见光条件下对甲醛、亚甲基蓝或四环素进行催化降解。

本发明所提供的技术方案如下：

一种可见光钒酸铋、碳量子点和钌量子点的复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1.将硝酸铋、醋酸、碳量子点、水按1:(2-5):(0.01-0.1):(50-100)的质量比混合得到混合溶液A；将V₂O₅、草酸、六次亚甲基四胺、30％氨水(以氨的质量数计)、水按1:(2-4):(0.1-0.6):(3-5):(50-100)的质量比混合得到混合溶液B；

S2.按照硝酸铋与V₂O₅的摩尔比为(0.5-1):1，将溶液A和B混合后水热反应1-12h，温度为80-220℃，冷却至室温后，收集得到粉末；