一种光芬顿催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种光芬顿催化剂及其制备方法和应用，本发明专利技术提供的光芬顿催化剂包括二硫化钼和羟基氧化铁；其中二硫化钼的形状为片状，且同时具有1T相和2H相；羟基氧化铁负载于二硫化钼上。本发明专利技术提供的光芬顿催化剂，可实现对水中典型抗生素污染物的快速降解。本发明专利技术还提供了上述光芬顿催化剂的制备方法和应用。还提供了上述光芬顿催化剂的制备方法和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种光芬顿催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及水处理
，尤其是涉及一种光芬顿催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在过去的几十年中，抗生素已被广泛应用于临床医疗和畜禽水产等领域，然而抗生素的不合理的使用导致其在各类环境介质中积累，严重影响了饮用水的安全供应。同时，最近有研究表明，在猪肉、蔬菜、牛奶等产品中也检测出了抗生素残留，对成为人体健康造成了潜在的威胁。此外，环境中抗生素的存在还会诱发耐抗生素的超级细菌，影响公共卫生安全。其中，磺胺类的抗生素因其抗菌谱广、性质稳定等特点被广泛地应用在医学和畜禽养殖中，因此该类抗生素也在环境中被频繁检出，被确定为持久性污染物，严重危害人体健康和生态系统的安全。
[0003]针对含磺胺类抗生素的污水，传统处理方法有吸附法、过滤法、生物处理法、高级化学氧化法(包括芬顿法、光催化)等，其中最常用的是芬顿法。但芬顿法存在过氧化氢消耗量高、铁离子循环慢等问题，且反应后产生大量铁泥，增加处理成本。光催化作为一种高效、低成本、环境友好型的高级氧化技术，也被应用在抗生素污染水体的处理中。但是，无论是芬顿法还是光催化法，单一的处理技术对水的处理能力均较为有限，很难对抗生素污染物进行高效降解和矿化，因此将芬顿技术和光催化高级氧化技术耦合，形成光芬顿技术，有望实现抗生素污染物的高效控制和削减，对水环境中抗生素等新污染物的降解去除具有重要的现实意义。
[0004]然而，光芬顿体系中光生电荷传输能力较为有限，这显著影响了光芬顿技术的效率。研究发现，通过构筑肖特基结可以有效提高光生电荷的分离效率。肖特基结作为金属
‑
半导体复合材料构成的异质结，可以显著扩宽光的捕获能力以及提高光生电子空穴对的分离效率。而传统肖特基结通常采用Au、Ag、Pt等贵金属作为导体传递转移电子，但高昂的成本使这种肖特基型的催化剂很难广泛应用于实际水体的处理。
[0005]因此，针对现有光芬顿技术中肖特基催化剂成本较高以及催化效率低下的问题，开发经济高效的光芬顿催化剂对拓展光芬顿技术在抗生素污染废水领域的应用具有重要的意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种光芬顿催化剂，价格低廉，配合光芬顿法，能够有效提高水中污染物的处理效率。
[0007]本专利技术还提供了上述光芬顿催化剂的制备方法。
[0008]本专利技术还提供了一种上述光芬顿催化剂的应用。
[0009]根据本专利技术的第一方面实施例，提出了一种光芬顿催化剂，所述光芬顿催化剂包括：
[0010]二硫化钼，所述二硫化钼的形状为片状，且同时具有1T相和2H相；
[0011]羟基氧化铁，所述羟基氧化铁负载于所述二硫化钼表面。
[0012]根据本专利技术实施例的控制方法，至少具有如下有益效果：
[0013](1)在众多光催化剂中，二硫化钼(MoS2)作为过渡金属硫化物，以其优异的光捕获能力而被广泛关注。其中2H相(半导体，带隙为1.2～1.9eV)常被应用于光催化反应中，1T相(导电)通常由2H相制备得到，通常被用于产氢、超级电容器、电池、光催化等领域。
[0014]本专利技术提供的光芬顿催化剂中，二硫化钼同时含有1T相和2H相，构成了异相结，在光照条件下，1T相的二硫化钼能快速转移半导体2H相二硫化钼产生的光生电子，从而有效抑制了光生电子和空穴的耦合。由此，产生的光生电子也为羟基氧化铁中三价铁到二价铁的转换和自由基的产生提供了更多的电子。
[0015]同时，二硫化钼和负载在其上的羟基氧化铁，在光照条件下可形成Fe
2+
/Fe
3+
、Mo
4+
/Mo
6+
双反应位点，更有利于光芬顿法对水中有机污染物的分解。
[0016]综上，由于二硫化钼1T相和2H相的结合作用，加之二硫化钼和羟基氧化铁之间的相互作用，当本专利技术提供的光芬顿催化剂用于光芬顿法进行水处理时，可有效提升水处理的效率。
[0017](2)与传统的贵金属相比，本专利技术提供的光芬顿催化剂中，钼和铁均较为廉价，因此可提升水处理过程的经济性。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述羟基氧化铁的粒径为5～10nm。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，所述二硫化钼和所述羟基氧化铁中铁的摩尔比为1：0.25～1.5。
[0020]在上述摩尔比例范围内，所得光芬顿催化剂中二硫化钼和铁可稳定存在，且都能起到对应的作用，最终提升光芬顿氧化法对水的处理效率。
[0021]根据本专利技术的一些实施例，所述光芬顿催化剂为纳米片组装成的纳米花颗粒。
[0022]催化反应包括吸附和反应两个阶段，其中纳米花颗粒的特殊结构，提供了供吸附用的大表面积，由此，提升了所得光芬顿催化剂的光催化活性。
[0023]根据本专利技术的一些实施例，所述纳米花颗粒的粒径为100～150nm。
[0024]根据本专利技术的一些实施例，所述光芬顿催化剂具有可见光响应性。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，所述光芬顿催化剂的制备原料还包括助剂。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，所述助剂包括粘结剂或导电剂中的至少一种。
[0027]根据本专利技术的第二方面实施例，提供了所述光芬顿催化剂的制备方法，包括将所述二硫化钼、三价铁盐和碳酸氢盐在醇溶剂中混合反应。
[0028]所述制备方法的机理包括：三价铁盐在碳酸氢盐提供的弱碱性条件下发生水解反应，生产羟基氧化铁，附着在所述二硫化钼表面。
[0029]根据本专利技术实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：
[0030]根据S
‑
Mo
‑
S(二硫化钼)层状结构中下层S原子的不同位置，可被分为导电的1T相和半导体的2H相。2H相的二硫化钼，可以通过调节层数、原子掺杂、构建异质结等方式进行调控带隙。1T相的二硫化钼可以通过锂剥离、铵离子掺杂、直接电子注入等方法由2H相转化而来。但是若环境控制不当，1T相容易重新转化生成2H相，使其失去异质结的作用。
[0031]本专利技术提供的制备方法，仅通过简单的搅拌即可进行，不需要进行额外的加热等
操作，不仅条件简单，还尽可能避免了沉积羟基氧化铁的过程中，破坏二硫化钼的1T相。
[0032]因此，通过制备方法的调整，本专利技术在不改变1T/2H相异质结，也不影响异质结界面电荷传输能力的情况下，实现了羟基氧化铁超微纳米颗粒的均匀负载。
[0033]根据本专利技术的一些实施例，所述二硫化钼的制备方法包括先以水热法合成三氧化钼，再以所得三氧化钼为钼源，水热法合成所述二硫化钼。
[0034]根据本专利技术的一些实施例，所述三氧化钼的水热法合成，制备原料包括钼酸铵和酸。
[0035]根据本专利技术的一些实施例，所述钼酸铵包括水合钼酸铵和无水钼酸铵中的至少一种。
[0036]根据本专利技术的一些实施例，所述酸包括盐酸和硝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光芬顿催化剂，其特征在于，所述光芬顿催化剂包括：二硫化钼，所述二硫化钼的形状为片状，且同时具有1T相和2H相；羟基氧化铁，所述羟基氧化铁负载于所述二硫化钼表面。2.根据权利要求1所述的光芬顿催化剂，其特征在于，所述光芬顿催化剂为纳米片组装成的纳米花颗粒。3.根据权利要求2所述的光芬顿催化剂，其特征在于，所述纳米花颗粒的粒径为100～150nm。4.一种如权利要求1～3任一项所述光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，包括将所述二硫化钼、三价铁盐和碳酸氢盐在醇溶剂中混合反应。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述二硫化钼和三价铁盐中铁的摩尔比为1：0.25～1....

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宇雄，孙林潇，谭贤军，
申请(专利权)人：清华伯克利深圳学院筹备办公室，
类型：发明
国别省市：