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一种复合光催化剂在有机废水处理中的应用


技术摘要:
本发明公开了一种复合光催化剂在有机废水处理中的应用。该复合光催化剂首先是通过溶胶凝胶法制备的Sm、Yb和N共掺杂ZnO,然后将其添加到含有钼源和硫源的混合液中,再通过水热法制备Sm、Yb和N共掺杂的ZnO与MoS2的复合光催化剂,该制备方法简单,而且对有机废水中的酚类  全部
背景技术:
目前,随着现代工业的迅猛发展,环境污染情况也愈加严重,尤其是水污染问题日 益突出,己经成为全球急待解决的问题。其中,工业废水中含有大量的具有致畸、致癌、致突 变的有毒有害物质,这些废水不具有生物可降解性,对环境有非常大的破坏力。特别是大量 排放含酚类化合物的有机化工废水,则会严重威胁人类身体健康,破坏水体生态环境。对于 含酚废水的处理技术,传统的方法有物理和化学技术等,但这些常规技术不仅具有高加工 成本,而且具有低降解效率和二次污染的问题。因而寻求高效、环保、节能的工艺来降解此 类污染物显得尤为重要。 目前光催化剂具有降解速度快、操作简单、不会产生二次污染等优点,已经迅速成 为研究者关注的重点。而研究比较多的半导体光催化剂主要是纳米氧化锌和二氧化钛。但 是由于二氧化钛的量子效率低、对可见光不吸收等缺点,而氧化锌的吸收光谱宽于二氧化 钛、有更多的表面活性位点,更高的光量子产量,因而以成为替代二氧化钛最佳的替代品。 但是氧化锌对可见光的利用率较低,而且氧化锌生成的光生电子-空穴对容易复合,因而光 催化效率不高。因而如何提高氧化锌光催化的性能已经是亟待解决的问题,而目前通过采 用金属或非金属掺杂能够是氧化锌的缺陷得到一定改善,但是提高的程度还不是很理想, 而且对有机废水的处理能力也不是很理想,因而急需开发一种新的光催化剂能够高效降解 有机废水中的有机污染物仍是目前仍需要解决的问题。
技术实现要素:
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种复合光催 化剂在有机废水处理中的应用。该复合光催化剂首先是通过溶胶凝胶法制备的Sm、Yb和N共 掺杂ZnO,然后将其添加到含有钼源和硫源的混合液中,再通过水热法制备Sm、Yb和N共掺杂 的ZnO与MoS2的复合光催化剂,该制备方法简单,而且对有机废水中的酚类物质具有很好的 光降解能力,其去除率能够达到99.1%,故重复性好,是一种处理有机废水的理想材料。 本发明采用的以下的技术方案: 一种复合光催化剂在有机废水处理中的应用,在可见光照射下,采用Sm、Yb和N共 掺杂的ZnO和MoS2复合光催化剂光催化降解有机废水中的有机污染物,废水中有机污染物 的去除率能够达到99.1%;所述复合光催化中,Sm、Yb和N共掺杂的ZnO与MoS2的质量比为1: 3~3:1。 优选的,所述有机污染物为苯酚、甲酚、2,4,6-三氯苯酚中的一种或多种。 优选的,所述复合光催化剂的制备方法包括以下步骤: (1)Sm、Yb和N共掺杂ZnO的制备 3 CN 111717956 A 说 明 书 2/5 页 将钐源、镱源、锌源和一定量的尿素溶于去离子水中形成溶液,搅拌条件下将氨水 逐滴加入到上述溶液中,调节pH值为8~9,再搅拌20~40min,陈化20~30h,缩聚反应后生 成膏状凝胶,抽滤后,分别用去离子水和乙醇洗涤3~6次,70~90℃下干燥10~14h,于400 ~600℃煅烧2~4h得到Sm、Yb和N共掺杂的ZnO; (2)Sm、Yb和N共掺杂ZnO与MoS2复合的制备 将钼源与硫源溶于50~70mL去离子水中形成溶液,搅拌20~30min,然后将步骤 (1)制备的Sm、Yb和N共掺杂的ZnO添加到上述溶液中,继续搅拌20~30min,然后将得到的溶 液转移到反应釜中,在200~250℃下反应20~30h,冷却至室温后过滤,然后分别用去离子 水和乙醇洗涤3~6次,干燥得到复合光催化剂。 优选的,在步骤(1)中,所述钐源选自硝酸钐、醋酸钐、硫酸钐中的一种或多种;所 述镱源选自硝酸镱、醋酸镱、硫酸镱中的一种或多种;所述锌源选自硝酸锌、醋酸锌,硫酸锌 中的一种或多种。 优选的,在步骤(2)中,所述钼源为钼酸钠,所述硫源为硫脲。 优选的,在步骤(1)中,所述Sm与ZnO的摩尔比为0.05~1:100;所述Yb与ZnO的摩尔 比为0.05~1:100;所述尿素与ZnO的摩尔比为5~15:100。 优选的,在步骤(2)中,所述钼源与硫源的质量比为1:1~1:2,所述Sm、Yb和N共掺 杂的ZnO与MoS2的质量比为1:3~3:1。 采用本发明所提供的一种复合光催化剂在有机废水处理中的应用,有如下的技术 效果: (1)一种复合光催化剂在有机废水处理中的应用。该复合光催化剂首先是通过溶 胶凝胶法制备的Sm、Yb和N共掺杂ZnO,然后将其添加到含有钼源和硫源的混合液中,然后通 过水热法制备Sm、Yb和N共掺杂的ZnO与MoS2的复合光催化剂,该制备方法简单,而且对有机 废水中的酚类物质具有很好的光降解能力,其去除率能够达到99.1%,而且重复5次后仍能 够达到88.9%,重复性好。 (2)由于采用Sm、Yb和N的共掺杂,由于三种元素之间的协同作用,使得ZnO对可见 光的利用率得到进一步提高,光催化能力显著增强,同时,通过掺杂的ZnO与MoS2复合,两者 之间形成异质结进一步提高了ZnO光催化剂的光催化能力,对酚类有机物的降解能力得到 进一步提高。 (3)通过水热法制备复合光催化剂,使得MoS2能够更好与ZnO基光催化剂复合,提 高了两者之间的接触面积,进而提高了光生电子和光生空穴的有效分离,提高了ZnO基光催 化剂的光催化性能。 (3)本申请的制备方法简单,容易控制,有利于工业化生产。 综上所述,本发明制备的一种Sm、Yb和N共掺杂ZnO与MoS2复合光催化剂,光催化性 能优异,而且对废水中的酚类有机物具有很好的降解能力,是一种处理废水有机污染物的 理想材料。 附图说明 图1为实施例1-5光降解苯酚活性测试图 图2为实施例1和对比例1-5光降解苯酚活性测试图 4 CN 111717956 A 说 明 书 3/5 页
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