本發(fā)明涉及光催化劑，具體涉及一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑及其制備方法。

背景技術：

1、隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源短缺和環(huán)境惡化問題日趨嚴峻，新型可再生清潔能源的開發(fā)變得至關重要。過氧化氫作為一種強效環(huán)保型氧化劑，具有能量密度高(60wt％，3.0mj/l)、易于儲存和運輸?shù)葍?yōu)勢。因此，h2o2在能源和環(huán)境領域具有廣闊的應用前景，被廣泛應用于消毒殺菌、紡織漂白、化學合成、廢水處理和小型燃料電池等領域。然而，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式如蒽醌法和氫氧合成法，生產(chǎn)過程中存在安全隱患、需要使用有機溶劑、副產(chǎn)物多、能耗大，不符合綠色可持續(xù)發(fā)展的理念。光催化合成過氧化氫，具有綠色、經(jīng)濟、安全的特點，反應條件溫和，操作簡單，相比傳統(tǒng)的化學合成方法優(yōu)勢明顯。

2、高效光催化生產(chǎn)過氧化氫必須保障有足夠的氧分子傳輸?shù)交钚晕稽c參與反應。由于氧分子在液相中的溶解度和擴散系數(shù)有限，受傳質(zhì)影響，光催化劑的表面氧獲得性差，嚴重制約了光催化產(chǎn)過氧化氫性能。另外，反應過程中除了兩電子氧還原生成過氧化氫，還存在四電子氧還原生成h2o的競爭性副反應，氧分子在光催化劑表面的吸附構型從根本上決定了反應路徑，是影響反應選擇性和活性的關鍵因素。

3、znin2s4(zis)作為一種重要的三元金屬硫化物，具有大的比表面積和高的表面原子暴露比，在光催化領域備受關注。但是單體zis的光生電荷分離效率差、表面氧獲得性低、反應選擇性差，造成其光催化產(chǎn)過氧化氫性能不理想。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有單體zis用于光催化生產(chǎn)過氧化氫時性能不理想的技術問題，提供一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑及其制備方法。

2、本發(fā)明為解決上述技術問題的不足，所采用的技術方案是：

3、一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑的制備方法：以玉米芯為生物質(zhì)碳源碳熱還原鎳鹽制備得到具有多孔結構的bc@ni，再以bc@ni為基體在表面生長zis，即制備得到bc@ni@zis光催化劑。

4、作為本發(fā)明一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑制備方法的進一步優(yōu)化：制備方法具體包括以下步驟：

5、s1、將玉米芯、鋅鹽和鎳鹽研磨混合均勻得到混合粉料，混合粉料置于惰性氣氛中進行煅燒處理，煅燒后的產(chǎn)物經(jīng)鹽酸刻蝕后得到bc@ni；

6、s2、利用溶劑熱法在bc@ni表面生長zis，制得bc@ni@zis光催化劑。

7、作為本發(fā)明一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑制備方法的進一步優(yōu)化：所述步驟s1中玉米芯為經(jīng)過清洗干燥的玉米芯，清洗干燥工藝具體為：利用去離子水和乙醇將玉米芯反復洗滌，然后在真空干燥箱中60℃干燥過夜。

8、作為本發(fā)明一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑制備方法的進一步優(yōu)化：所述步驟s1中鋅鹽和鎳鹽分別為zn(ch3coo)2·2h2o和nicl2·6h2o。

9、作為本發(fā)明一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑制備方法的進一步優(yōu)化：所述步驟s1中煅燒處理具體為：在惰性氣氛中從室溫以5℃/min的升溫速率升溫到800℃并煅燒2h，隨管式爐自然冷卻后取出。

10、作為本發(fā)明一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑制備方法的進一步優(yōu)化：所述惰性氣氛為氮氣或氬氣。

11、作為本發(fā)明一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑制備方法的進一步優(yōu)化：所述步驟s1中鹽酸刻蝕使用的鹽酸溶液濃度為3m，刻蝕時間為12h。

12、作為本發(fā)明一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑制備方法的進一步優(yōu)化：所述步驟s2具體為：將bc@ni置于體積分數(shù)為20％的甘油溶液中超聲分散，然后加入zn(ch3coo)2·2h2o、incl3·4h2o和c2h5ns并磁力攪拌混合均勻，將得到的混合溶液置于80℃的水浴鍋中反應，待自然冷卻至室溫，經(jīng)洗滌和干燥后得到bc@ni@zis光催化劑。

13、作為本發(fā)明一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑制備方法的進一步優(yōu)化：所述步驟s2中bc@ni、zn(ch3coo)2·2h2o、incl3·4h2o和c2h5ns的加入比例為：10mg：0.4mmol：0.8mmol：3.2mmol。

14、本發(fā)明還提供一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑，該光催化劑由上述方法制備得到，其光催化產(chǎn)過氧化氫性能能夠達到1101μmol?g-1h-1。

15、本發(fā)明具有以下有益效果：

16、本發(fā)明以農(nóng)業(yè)廢棄物玉米芯作為碳源，加入鎳鹽和鋅鹽，通過高溫碳熱還原的方法制備鎳負載的生物質(zhì)炭材料(bc@ni)，并以此為基底原位生長zis，制備bc@ni@zis復合光催化劑。bc廉價易得且具有豐富的孔結構和良好的疏水性，材料表面在水溶液中能夠形成“氣體擴散層”，有利于氧分子由氣相向表面活性位點擴散，提高其表面氧獲得性。氧分子在ni金屬位點傾向于采用端對型吸附構型，可以顯著減少o-o鍵的斷裂，促進ooh*中間體的生成，有效避免競爭性四電子副反應的發(fā)生，提高反應選擇性。金屬ni納米顆粒作為助催化劑實現(xiàn)了光生電荷由zis向金屬ni的定向遷移，有效提高了電荷分離效率。此外，bc在提高光催化劑表面氧獲得性的同時增強了其光捕獲能力。通過調(diào)控bc@ni和zis的復合比例，bc@ni@zis的最佳光催化產(chǎn)過氧化氫性能達到1101μmol?g-1h-1，是單體zis的3.25倍。

技術特征：

1.一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑的制備方法，其特征在于：以玉米芯為生物質(zhì)碳源碳熱還原鎳鹽制備得到具有多孔結構的bc@ni，再以bc@ni為基體在表面生長zis，即制備得到bc@ni@zis光催化劑。

2.如權利要求1所述一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.如權利要求1所述一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟s1中玉米芯為經(jīng)過清洗干燥的玉米芯，清洗干燥工藝具體為：利用去離子水和乙醇將玉米芯反復洗滌，然后在真空干燥箱中60℃干燥過夜。

4.如權利要求1所述一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟s1中鋅鹽和鎳鹽分別為zn(ch3coo)2·2h2o和nicl2·6h2o。

5.如權利要求1所述一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟s1中煅燒處理具體為：在惰性氣氛中從室溫以5℃/min的升溫速率升溫到800℃并煅燒2h，隨管式爐自然冷卻后取出。

6.如權利要求1或5所述一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑的制備方法，其特征在于：所述惰性氣氛為氮氣或氬氣。

7.如權利要求1所述一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟s1中鹽酸刻蝕使用的鹽酸溶液濃度為3m，刻蝕時間為12h。

8.如權利要求1所述一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟s2具體為：將bc@ni置于體積分數(shù)為20％的甘油溶液中超聲分散，然后加入zn(ch3coo)2·2h2o、incl3·4h2o和c2h5ns并磁力攪拌混合均勻，將得到的混合溶液置于80℃的水浴鍋中反應，待自然冷卻至室溫，經(jīng)洗滌和干燥后得到bc@ni@zis光催化劑。

9.如權利要求8所述一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟s2中bc@ni、zn(ch3coo)2·2h2o、incl3·4h2o和c2h5ns的加入比例為：10mg：0.4mmol：0.8mmol：3.2mmol。

10.一種用于生產(chǎn)過氧化氫的bc@ni@zis光催化劑，其特征在于，所述光催化劑由權利要求1-9中任一權利要求書所述方法制備得到。

技術總結
本發(fā)明公開了一種用于生產(chǎn)過氧化氫的BC@Ni@ZIS光催化劑及其制備方法，以玉米芯為生物質(zhì)碳源碳熱還原鎳鹽制備得到具有多孔結構的BC@Ni，再以BC@Ni為基體在表面生長ZnIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;(ZIS)，即制備得到BC@Ni@ZIS光催化劑。生物質(zhì)炭材料(BC)廉價易得且具有豐富的孔結構和良好的疏水性，材料表面在水溶液中能夠形成“氣體擴散層”，有利于氧分子由氣相向表面活性位點擴散，提高其表面氧獲得性。BC在提高光催化劑表面氧獲得性的同時增強了其光捕獲能力。通過調(diào)控BC@Ni和ZIS的復合比例，BC@Ni@ZIS的最佳光催化產(chǎn)過氧化氫性能達到1101μmol?g<supgt;?</supgt;<supgt;1</supgt;h<supgt;?1</supgt;，是單體ZIS的3.25倍。

技術研發(fā)人員：譚夢茜,姚子音,陳靜,孫旭鐲,馬路山,曹峰輝,雷銀雨
受保護的技術使用者：河南工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30