申请日 20200914
公开（公告）日 20201208
IPC分类号 B01J23/66; B01J35/00; C02F1/30; C02F101/30
摘要
一种用于光催化废水处理的催化剂，其包括载体、负载于所述载体上的活性组分，其中，所述载体为石墨烯量子点(GQDs)，所述活性组分为SrTiO3和纳米金。其制备方法包括如下步骤：(1)活性组分SrTiO3在载体石墨烯量子点(GQDs)上的负载；(2)活性组分纳米金在负载有SrTiO3的GQDs上的负载以及活化步骤。本发明公开的用于光催化废水处理的催化剂的制备方法，将活性组分SrTiO3和纳米金依次在载GQDs上进行负载，制备方法操作简便，制备安全性高，且制得的用于光催化废水处理的催化剂的稳定性较好，具有较好的染料废水降解效果。
权利要求书
1.一种用于光催化废水处理的催化剂，其特征在于：所述用于光催化废水处理的催化剂包括载体、负载于所述载体上的活性组分，其中，所述载体为石墨烯量子点(GQDs)，所述活性组分为SrTiO3和纳米金。
2.一种用于光催化废水处理的催化剂的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
(1)活性组分SrTiO3在载体石墨烯量子点(GQDs)上的负载
将SrTiO3分散于去离子水中，而后加入乙二胺四乙酸二钠、尿素和GQDs并于120～160℃进行水热反应，而后过滤、洗涤、干燥，即得到负载有活性组分SrTiO3的石墨烯量子点；
(2)活性组分纳米金在负载有SrTiO3的GQDs上的负载
将步骤(1)所制得的负载有活性组分SrTiO3的GQDs分散在去离子水中，超声5min，然后加入质量浓度为1.0％的氯金酸HAuCl4溶液，在室温下强力搅拌10min使其充分混合；后在不断搅拌下于混合液中逐滴加入与HAuCl4溶液等摩尔量的抗坏血酸作为HAuCl4的还原剂来制备纳米金；继续搅拌2h之后，纳米金原位还原在负载有SrTiO3的GQDs表面，制得纳米金修饰的负载有SrTiO3的GQDs；
(3)催化剂的活化
将步骤(2)的产物在96～155℃下进行水热反应，而后收集固相，所述固相经洗涤、干燥，然后在400～700℃焙烧，即制得所述用于光催化废水处理的催化剂。
3.根据权利要求2所述一种用于光催化废水处理的催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述SrTiO3与所述乙二胺四乙酸二钠、所述尿素、所述石墨烯量子点的质量比为1:(0.005～0.02):(1～3):(3.5～5.6)；所述SrTiO3的质量份与所述去离子水的体积份之比为1g:(250～500)mL。
4.根据权利要求3所述一种用于光催化废水处理的催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述SrTiO3的质量份与所述去离子水的体积份之比为1g:(300～450)mL。
5.根据权利要求2所述一种用于光催化废水处理的催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述水热反应时间为5～8h；所述干燥温度90～125℃；干燥时间为2～4h。
6.根据权利要求5所述一种用于光催化废水处理的催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述水热反应时间为6～7h；所述干燥温度为100～120℃；所述干燥时间为2.5～3.5h。
7.根据权利要求2所述一种用于光催化废水处理的催化剂及其制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述氯金酸HAuCl4溶液与负载有SrTiO3的GQDs的质量比为0.2～1:1。
8.根据权利要求2所述一种用于光催化废水处理的催化剂及其制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述水热反应在水热反应釜中进行，所述水热反应的时间为3～5h；所述干燥温度为65～85℃；所述干燥时间为2～5h；所述焙烧的时间为3.0～5.5h。
9.根据权利要求8所述一种用于光催化废水处理的催化剂及其制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述水热反应的时间为3.5～4.5h；所述干燥温度为70～80℃。
说明书
一种用于光催化废水处理的催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种用于光催化废水处理的催化剂及其制备方法。
背景技术
水污染问题已经成为日益严峻的危害人类健康和自然环境的问题。废水不仅会破坏水体的美观、影响人的视觉感受，还会减少水生动植物阳光的摄入量，妨碍水生植物的光合作用，对鱼类和藻类等水生生物造成毒害作用，甚至会在厌氧环境下形成芳香胺类致癌化合物，对人类健康造成严重危害。目前，染料废水由于其COD高、色度大、组分复杂、有机物和盐含量高、酸(碱)性大、水质水量变化快以及含有大量的致畸致癌物质，因而成为目前最难处理的污染物之一，这些废水如果直接排放，会造成我国土壤、水源等方面的污染，严重影响生态环境。因此，如何降解染料废水中的污染物，降低废水的毒性，提高废水的可生化性引起了广大关注。
目前，处理染料废水的方法主要为高级氧化法，因其具有节能高效，无毒、稳定、价廉等优势受到了国内外学者的广泛研究。
半导体光催化氧化技术是常用的高级氧化技术之一，其原理为：利用能量大于或等于半导体禁带宽度的光源照射半导体，致使价带上的电子跃迁到导带，在价带上产生空穴(h+)，导带上产生电子(e-)，其中空穴可以与吸附在颗粒表面的羟基(OH-)和水分子(H2O)反应成·OH，·OH可以氧化有机物将其降解为CO2和H2O等无机小分子。在诸多可作为光催化剂的半导体材料中，TiO2(主要是锐钛矿型)以其带隙能适中、对污染物的吸附能力强等优势而得到广泛的研究和应用，然而，上述半导体光催化氧化技术具有较高的禁带宽度，导致太阳能利用率低(太阳光中紫外辐射小于5％)，因此具有可见光响应活性的光催化材料吸引着广大科研工作者的目光。因此，研发一种可见光催化材料，使其具有在可见光下的降解染料废水的能力，这对于本领域技术人员来说，是亟待解决的技术难题。有应用前景的绿色环保型化剂之一。
发明内容
本发明提供一种用于光催化废水处理的催化剂，该催化材料具有可见光响应活性，因而具有较高的太阳能利用率。此外本发明进一步提供其制备方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为:
本发明的第一方面，提供一种用于光催化废水处理的催化剂，其包括载体、负载于所述载体上的活性组分，其中，所述载体为石墨烯量子点(GQDs)，所述活性组分为SrTiO3和纳米金。
本发明的第二方面，提供上述用于光催化废水处理的催化剂的制备方法，包括如下步骤:
(1)活性组分SrTiO3在载体石墨烯量子点(GQDs)上的负载
将SrTiO3分散于去离子水中，而后将入乙二胺四乙酸二钠、尿素和GQDs并于120～160℃进行水热反应，而后过滤、洗涤、干燥，即得到负载有活性组分SrTiO3的石墨烯量子点；
(2)活性组分纳米金在负载有SrTiO3的GQDs的负载
将步骤(1)所制得的负载有活性组分SrTiO3的GQDs分散在去离子水中，超声5min,然后加入质量浓度为1.0％的氯金酸溶液，在室温下强力搅拌10min使其充分混合。后在不断搅拌下于混合液中逐滴加入与HAuCl4溶液等质量的抗坏血酸作为HAuCl4的还原剂来制备纳米金(GNPs)。继续搅拌2h之后，纳米金原位还原在负载有SrTiO3的GQDs表面制得纳米金修饰的负载有SrTiO3的GQDs。
(3)催化剂的活化
将步骤(2)的产物在96～155℃下进行水热反应，而后收集固相，所述固相经洗涤、干燥，然后在400～700℃焙烧，即制得所述用于光催化废水处理的催化剂。
优选地，步骤(1)中，所述SrTiO3与所述乙二胺四乙酸二钠、所述尿素、所述石墨烯量子点的质量比为1:(0.005～0.02):(1～3):(3.5～5.6)；所述SrTiO3的质量份与所述去离子水的体积份之比为1g:(250～500)mL，优选1g:(300～450)mL。
所述水热反应时间为5～8h，优选6～7h；所述干燥温度90～125℃，优选100～120℃，干燥时间为2～4h，优选2.5～3.5h。
优选的，步骤(2)中，所述氯金酸溶液与负载有SrTiO3的GQDs的质量份之比为0.8～1:1；
优选的，步骤(3)中，所述水热反应在水热反应釜中进行，所述水热反应的时间为3～5h，优选3.5～4.5h；所述干燥温度为65～85℃，优选70～80℃，干燥时间为2～5h，所述焙烧的时间为3.0～5.5h。
本发明的第三方面，提供一种由上述制备方法制备得到的用于光催化废水处理的催化剂。
本发明的第四方面，提供上述用于光催化废水处理的催化剂在染料废水降解中的用途。
本发明的上述技术方案具有如下优点：
(1)本发明所述复合光催化材料，包括载体、负载于载体上的活性组分，其中，上述载体为石墨烯量子点，上述活性组分为SrTiO3和纳米金。一方面，以SrTiO3和纳米金为活性组分的复合光催化材料具有较窄的禁带宽度，因而其具有可见光下降解染料废水的能力，而且该催化剂能在可见光范围内形成较陡峭的吸收边，并利用阴阳离子间的反键作用使空穴的形成与流动更加顺畅，有利于光催化反应的进行，由此也可提高太阳能利用率；另一方面，本发明的催化剂，通过将活性组分为SrTiO3和纳米金负载于载体石墨烯量子点上，由此可以提高活性组分的分散度和稳定性，使得本发明的复合光催化材料在染料废水降解方面具有较好的效果。
(2)本发明所述用于光催化废水处理的催化剂的制备方法，将活性组分SrTiO3和纳米金依次在载GQDs上进行负载，上述制备方法操作简便，制备安全性高，且制得的用于光催化废水处理的催化剂的稳定性较好，具有较好的染料废水降解效果。
发明人 （陈家校）