一种纳米异质结光催化剂、制备方法及应用

技术领域

本发明属于环境光催化技术领域，尤其涉及一种纳米异质结光催化剂、制备方法及应用。

背景技术

在过去几十年中，随着印染业和纺织业产量的不断增加，印染和纺织废水的排放量也在不断增加。据统计，每年有约20万吨的染料用于印染和纺织业，在工业中使用这些染料会在生产过程中产生大量染色废水。而印染废水含有大量难降解的有机物，如果未经妥善处理就排放进水体中，会造成不同程度的环境污染，生态破坏甚至危及到人体健康。目前最常用的污水处理方法有物理吸附、化学沉淀、生物处理等。但是这些污水处理技术存在技术路线复杂、污染物处理不彻底等缺点，目前亟需探索和开发高效、环保的处理水中有机污染物的技术。

近年来，科学家们尝试各种方法，对水中有机污染进行处理，其中包括膜分离法、活性污泥法和高级氧化等(AOPs)等。在这些方法中，AOPs具有催化活性高，矿化和降解有机物能力强等优点，展现出广阔的应用前景。

AOPs是一种在特定反应条件下，生成具有强氧化能力的羟基自由基(·OH)、超氧自由基(·O

石墨相氮化碳(g-C

四氟钇钠(NaYF

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种纳米异质结光催化剂、制备方法及应用，具体涉及一种具有全光谱响应能力的NaYF

所述技术方案如下：一种纳米异质结光催化剂，所述纳米异质结光催化剂为具有全光谱响应能力的NaYF

进一步的，所述上转换纳米粒子NaYF

进一步的，所述的上转换纳米粒子NaYF

进一步的，所述的上转换纳米粒子NaYF

进一步的，所述的NaYF

本发明的另一目的在于提供一种所述纳米异质结光催化剂在生成活性氧的产品中的应用，所述纳米异质结光催化剂为具有全光谱响应能力的NaYF

本发明的另一目的在于提供一种所述纳米异质结光催化剂在降解罗丹明B染料溶液中的应用，所述纳米异质结光催化剂为具有全光谱响应能力的NaYF

本发明的另一目的在于提供一种所述纳米异质结光催化剂在处理实际废水中的应用，所述纳米异质结光催化剂为具有全光谱响应能力的NaYF

本发明的另一目的在于提供一种纳米异质结光催化剂的制备方法包括：

S1，采用水热法合成油酸OA修饰的NaYF

S2，制备粉末NaYF

S3，制备粉末NaYF

S4，使用高温热处理法合成g-C

S5，制备NaYF

进一步的，所述步骤S1包括：将0.7g NaOH、7.1g OA、10.0g乙醇置于烧杯中，在室温搅拌、混匀至白色溶液形成；缓慢加入10mL 0.6M NaF溶液，搅拌至形成半透明溶液。继续分别加入0.75mmol Y(NO

所述步骤S2包括：将0.7g NaOH、7.1g OA和10.0g乙醇置于烧杯中，在室温下搅拌至形成白色溶液；加入10mL 0.6M的NaF溶液，搅拌至形成半透明溶液后，分别加入0.83mmolY(NO

所述步骤S3包括：将29.8mg NaYF

所述步骤S4包括：将5g三聚氰胺放入半覆盖的坩埚中，在马弗炉中以约5℃/min的升温速率将坩埚加热至550℃；在550℃下保持2h后，马弗炉自然冷却至室温，然后收集大块C

所述步骤S5包括：NaYF

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明使用二次水热合成的NaYF

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理；

图1是本发明实施例提供的纳米异质结光催化剂的制备方法流程图；

图2是本发明实施例制备的高温煅烧后NaYF

图3是本发明实施例提供的制备的NaYF

图4是本发明实施例制备的NaYF

图5是本发明实施例制备的NaYF

图6是本发明实施例提供的g-C

图7是本发明实施例在300W氙灯照射下g-C

图8是本发明实施例在300W氙灯照射下三种NaYF

图9是本发明实施例在300W氙灯照射下三种NaYF

图10是本发明实施例g-C

图11是本发明实施例处理的NaYF

图12是本发明实施例处理的制备的NaYF

图13是本发明实施例制备的NaYF

图14是本发明实施例制备的NaYF

图15是本发明实施例制备的NaYF

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

实施例1，本发明实施例提供的一种纳米异质结光催化剂为具有全光谱响应能力的NaYF

在本发明实施例中，所述上转换纳米粒子NaYF

在本发明实施例中，所述的上转换纳米粒子NaYF

实施例2，本发明实施例提供的具有全光谱响应能力的NaYF

实施例3，本发明实施例提供的具有全光谱响应能力的NaYF

实施例4，本发明实施例提供的具有全光谱响应能力的NaYF

实施例5，作为本发明的另一种实施方式，本发明实施例提供的一种纳米异质结光催化剂，为具有全光谱响应能力的NaYF

实施例6，如图1所示，本发明实施例提供的纳米异质结光催化剂(具有全光谱响应能力的NaYF

S1，采用水热法合成油酸(OA)修饰的NaYF

S2，制备粉末NaYF

S3，制备粉末NaYF

S4，使用高温热处理法合成g-C

S5，制备NaYF

示例性的，纳米异质结光催化剂的制备方法包括以下步骤：

(1)采用水热法合成油酸(OA)修饰的NaYF

实施例7，本发明实施例提供一种纳米异质结光催化剂(具有全光谱响应能力的NaYF

本实施例制备得到的NaYF

图3是本实施例1制备得到的NaYF

图4是808nm激光激发下，NaYF

图5为980nm激光激发下的荧光光谱。从图4-图5中可以看到在980nm激光的激发下NaYF

图6为g-C

实施例8：利用本发明实施例7制备的多种三元复合上转换纳米材料进行光催化降解水中罗丹明B，以及自由基捕获实验，包括以下步骤：

a.在一个典型的实验中，将30mL(10mg/L)罗丹明B水溶液放入50mL的石英烧杯中，然后将5mg催化剂放入所述石英烧杯中。

b.然后在光催化降解反应之前，在黑暗中磁力搅拌该混合悬浮液40min，使反应体系达到吸附平衡。

c.准确称量5mg催化剂分散于50mL，浓度为10mg/L的罗丹明B溶液中。在黑暗条件下搅拌，每隔10min取上清液，直到达到吸附-脱吸附平衡。然后将溶液放入光催化降解箱中，以300W氙灯、2W的980nm和808nm的激光发射器作为光源，进行光催化实验。每隔一段时间取上清液，并高速离心。离心后的上清液采用紫外分光光度计法，检测溶液中罗丹明B(入射波长＝553nm)的吸光度。

d.根据步骤c测得的吸光度值计算降解率：

式中：A

A为溶液光照后的吸光度值；

e.在可见光照射下进行光催化实验，具体步骤如上述步骤c和步骤d。

图7显示了本发明实施例1制备的g-C

图11是本发明实施例7制备的NaYF

图12是本发明实施例7制备的NaYF

图13是发明实施例7制备的NaYF

图14是本发明实施例1制备的NaYF

实施例9：为了进一步探索本发明实施例7制备的NaYF

a.实际废水采集自某河，具体经纬度坐标为(117°19'E-39°11'N)，实际废水使用过滤法除去不溶性杂质后进行光催化实验。准确称量0.05g催化剂分散于50mL的实际废水中，在黑暗条件下持续暗吸附搅拌40min。接下来将溶液放入光催化降解箱中，以300W氙灯作为光源，进行2h的光催化反应。分别在初始于光催化结束后取一定体积的溶液进行离心分离，上清液使用GDYS-302S便携式三氮检测仪检测氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的含量。

b.氨氮：比色瓶中量取待测液体10mL后检测，此时测量的结果为空白测量。取出比色瓶，加入氨氮试剂Ⅰ0.2mL并混匀，然后再加入氨氮试剂II1支，静置10min后测量，此时测量的结果为被测样品中氨氮的浓度。

c.亚硝酸盐氮：比色瓶中量取待测液体10mL后检测，此时测量的结果为空白测量。分别加入亚硝酸盐氮试剂I 0.2mL和亚硝酸盐氮试剂II一支，摇匀试剂后静置显色20min，检测水样，得到被测样品中亚硝酸盐氮的浓度。

d.硝酸盐氮：将1.0mL纯水和1.0mL水样分别加入两个干燥敞口的50mL烧杯中，分别加入2滴硝酸盐氮试剂I，左右摇动5次后静置5min。然后，向两个烧杯中分别滴加4滴硝酸盐氮试剂II，再分别加入2.0mL硝酸盐氮试剂III，摇匀后放置5min。接着，分别向两个烧杯中加入8.0mL纯水，边摇动烧杯边滴加9.0mL硝酸盐氮试剂IV。最后，分别向两个烧杯中加入5.0mL纯水，准确量取6mL溶液至空白和样品比色瓶中。将空白样品放入检测仪测量空白对照值后，检测水样，得到硝酸盐氮的浓度。h.光催化降解氨氮的主要产物是亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和氮气。因此，通过检测氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的含量变化可以计算出氨氮去除率和产物生成率，计算公式如下：

氮气生成率(％)＝1-亚硝酸盐氮后成率-严硝酸盐氮后成率(5)

其中：C为光催化结束后溶液中目标物质的浓度，C

图15是本发明NaYF

表1光催化前后实际废水中污染物浓度变化

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。通过上述实施例表明：本发明可以实现具有全光谱响应能力的纳米异质结的快速、批量制备，方法简单且环保，易于工业放大，可用于商业用途并产生巨大的商业价值。研究表明，光催化处理废水具有明确的市场需求。本发明提供的具有全光谱响应能力的NaYF

以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。