黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂及其制备方法和应用

本发明属于催化剂，具体涉及黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂，还涉及该催化剂的制备方法，还涉及该催化剂的应用。

背景技术：

1、随着经济社会的快速发展，工业、医疗以及生活废水的排量在逐年增加，这些废水中残留的难降解有机物对人体和生态环境有较大危害，迫切需要采取有效措施将其从水体中彻底去除。非均相类芬顿技术作为一种典型的高级氧化技术，因其能够生成具有强氧化性的羟基自由基(·oh)，在处理难降解有机污染物的应用中具有较大优势。然而，由于氧化体系中催化剂的活性位点再生缓慢和过氧化氢(h2o2)的有效利用率低，因此在实际应用中该技术仍存在对污染物矿化能力不足的问题。目前，铜铁双金属非均相催化可在一定程度上提高h2o2的活化效率，然而，这类催化剂双反应活性中心的电子转移能力以及再生速率仍然不理想，导致在芬顿反应中对有机污染物的矿化能力不足。基于非均相芬顿发展起来的光芬顿体系，催化剂可在光激发下产生具有还原能力的光生电子，促进fe(ⅲ)/fe(ⅱ)和cu(ⅱ)/cu(ⅰ)的循环，实现活性位点的有效再生，但目前大多铁基或铜基催化剂仍存在光生电子-空穴复合率较高、光生电子的利用率较低的问题。

技术实现思路

1、本发明的第一目的是提供黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂，解决了现有光芬顿体系中光生电子的利用率较低的问题。

2、本发明的第二目的是提供黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂的制备方法。

3、本发明的第三目的是提供黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂的应用。

4、本发明所采用的第一种技术方案是，黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂，结构为六边形纳米片自组装形成的花状微球，微球直径为3μm-7μm，纳米片边长为150nm-250nm。

5、本发明第一种技术方案的特点还在于，

6、黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂中cu(ⅱ):cu(ⅰ)比例为1:1-1:4，fe(ⅲ):fe(ⅱ)比例为1:0.8-1:1，黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂具有s型异质结构型。

7、本发明所采用的第二种技术方案是，黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

8、步骤1、将铜盐和铁盐溶解于去离子水中，搅拌得到均匀的混合溶液；

9、步骤2、将硫脲加入到去离子水中溶解后，加入到步骤1的混合溶液中充分搅拌得到反应溶液；

10、步骤3、将步骤2所得反应溶液转移至聚四氟乙烯内衬中进行水热反应，冷却得到反应产物；

11、步骤4、对步骤3得到的反应产物进行离心、洗涤、干燥、煅烧，然后研磨成粉，得到黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂。

12、本发明第二种技术方案的特点还在于，

13、步骤1中的铜盐为氯化铜、硝酸铜或硫酸铜中的一种，铁盐为氯化铁、硝酸铁或硫酸铁中的一种。

14、步骤1中铜盐和铁盐的摩尔比为1:0.3-1:1，去离子水为20ml-50ml，搅拌温度为15℃-30℃。

15、步骤2中铜盐和铁盐的总量与硫脲的摩尔比为1:2-1:8，去离子水为20ml-50ml，在15℃-30℃下搅拌20min-60min。

16、步骤3中水热反应温度为140℃-200℃，反应时长为10h-20h。

17、步骤4中用无水乙醇洗涤3-5次，再用去离子水洗涤2-5次，冷冻干燥时间为12h-24h，煅烧温度为400℃-800℃，反应时长为2h-5h。

18、本发明所采用的第三种技术方案是，黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂在光芬顿降解去除水中有机污染物的应用。

19、本发明第三种技术方案的特点还在于，

20、有机污染物为酚类污染物、药物或染料中的一种。

21、本发明的有益效果是：

22、本发明的黄铜矿/斑铜矿(cufes2/cu5fes4)异质结光芬顿催化剂，具有大量cu(ⅰ)和fe(ⅱ)，能提供丰富的催化活性位点参与芬顿反应；黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂可见光吸收能力强，可产生大量光生电子；黄铜矿/斑铜矿异质结的s型异质结构有利于光生电子-空穴对的分离；黄铜矿/斑铜矿异质结存在的内电场可促进光生电子从cu5fes4到cufes2的定向迁移；光芬顿降解有机污染物性能优异，在5min内，可将1mg/l-20mg/l的有机污染物(酚类污染物、药物、染料)完全降解，且总有机碳去除率在30min均能达到60％以上。本发明的黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂的制备方法，通过水热合成和高温煅烧两个步骤制备了具有s型异质结构的黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂，促使大量光生电子聚集在cufes2侧，具有高还原力的光生电子促进了fe(ⅲ)/fe(ⅱ)和cu(ⅱ)/cu(ⅰ)的循环，从而实现了h2o2的持续活化；制备过程简单可控，制备成本低，原材料廉价易得。

技术特征：

1.黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂，其特征在于，结构为六边形纳米片自组装形成的花状微球，微球直径为3μm-7μm，纳米片边长为150nm-250nm。

2.根据权利要求1所述的黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂，其特征在于，所述黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂中cu(ⅱ):cu(ⅰ)比例为1:1-1:4，fe(ⅲ):fe(ⅱ)比例为1:0.8-1:1，所述黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂具有s型异质结构型。

3.黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

4.根据权利要求3所述的黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的铜盐为氯化铜、硝酸铜或硫酸铜中的一种，铁盐为氯化铁、硝酸铁或硫酸铁中的一种。

5.根据权利要求3所述的黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中铜盐和铁盐的摩尔比为1:0.3-1:1，去离子水为20ml-50ml，搅拌温度为15℃-30℃。

6.根据权利要求3所述的黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中铜盐和铁盐的总量与硫脲的摩尔比为1:2-1:8，去离子水为20ml-50ml，在15℃-30℃下搅拌20min-60min。

7.根据权利要求3所述的黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中水热反应温度为140℃-200℃，反应时长为10h-20h。

8.根据权利要求3所述的黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4中用无水乙醇洗涤3-5次，再用去离子水洗涤2-5次，冷冻干燥时间为12h-24h，煅烧温度为400℃-800℃，反应时长为2h-5h。

9.黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂在光芬顿降解去除水中有机污染物的应用。

10.根据权利要求9所述的黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂在光芬顿降解去除水中有机污染物的应用，所述有机污染物为酚类污染物、药物或染料中的一种。

技术总结本发明公开了黄铜矿/斑铜矿异质结光芬顿催化剂、制备方法及应用，包括将铜盐和铁盐溶解于去离子水中，搅拌得到均匀的混合溶液；将硫脲加入到去离子水中溶解后，加入到上述铜铁混合溶液中充分搅拌得到反应溶液；将反应溶液转移至聚四氟乙烯内衬中进行水热反应，冷却得到反应产物；对反应产物进行离心、洗涤、干燥、煅烧和研磨，即得。本发明的催化剂具有大量Cu(Ⅰ)和Fe(Ⅱ)，能提供丰富的催化活性位点参与芬顿反应，可见光吸收能力强，可产生大量光生电子，光芬顿降解有机污染物性能优异。技术研发人员：王兰,余滔,谢诗颖受保护的技术使用者：陕西科技大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4