一种二硫化钨-石墨相氮化碳复合光催化剂及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及催化剂技术领域，特别是涉及一种二硫化钨/石墨相氮化碳复合光催化剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.半导体光催化技术能够直接将太阳能转化成化学能和电能，在能源开发和环境净化等领域具有广阔的应用前景。开发高效且具有可见光区响应的新型光催化剂一直是材料领域的研究热点。
3.g-c3n4是一种典型的聚合物半导体，其结构中的cn原子以sp2杂化形成高度离域的π共轭体系。g-c3n4具有非常好的热稳定性和化学稳定性，禁带宽度~2.7 ev，可以吸收太阳光谱中波长小于475 nm的蓝紫光，是颇有前景的光催化剂材料。但g-c3n4的带隙宽度较大，限制了其光催化活性。为了提高g-c3n4的光催化性能，通常采用贵金属沉积，金属离子掺杂，半导体复合等方法对g-c3n4进行改性处理。硫化钨作为一种窄带隙（1.3ev）的半导体材料，得益于其成本低、无毒和高光敏性的优势，具有重要的研究价值。


技术实现要素：

4.为克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种二硫化钨/石墨相氮化碳(ws2/g-c3n4)复合光催化剂。
5.本发明的再一目的在于：提供一种上述二硫化钨/石墨相氮化碳(ws2/g-c3n4)复合光催化剂的制备方法。
6.本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
7.本发明目的通过下述方案实现：一种简便的ws2/g-c3n4复合光催化剂的制备方法。本发明在g-c3n4微纳米片中引入bi2s3获得异质结复合光催化剂，利用一步水热法，无需煅烧即可制得在可见光下光催化性能优异的ws2/g-c3n4复合光催化剂。
8.一种二硫化钨/石墨相氮化碳(ws2/g-c3n4)复合光催化剂，其特征在于：该光催化剂由硫化钨(ws2)与(g-c3n4)复合而成，形貌为卵石状，直径约为1.2-3.4微米。
9.所述的光催化剂中ws2所占的的质量百分比为40％～60％。
10.本发明提供一种二硫化钨/石墨相氮化碳(ws2/g-c3n4)复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：第一步，将钨源与g-c3n4溶解于水中，充分搅拌后加入稀酸酸化，调整ph为1.0~1.2，加入草酸，得到均匀混合液a；第二步，将混合液a按稀释，加入硫源，得到混合液b；第三步，将混合液b转移到高压反应釜中，在180~200℃恒温下反应24h，清洗，干燥，得到ws2/g-c3n4复合光催化剂。
11.所述的硫源为硫脲、硫代乙酰胺中的至少一种。
12.所述的钨源为钨酸钠、钨酸铵中的至少一种。
13.所述的溶液a中，钨源浓度为为0 .14～0 .28mol/l。
14.所述的溶液b中，硫源浓度为0 .14～0 .28mol/l /l，钨源浓度为0 .07～0.14mol/l。
15.本发明提供一种二硫化钨/石墨相氮化碳复合光催化剂在治理污水甲基橙分解中的应用。
16.制备得到ws2/g-c3n4复合光催化剂的方法催化效率高，300w可见光下1.5h，20mg/l的甲基橙分解率达到96%以上。本发明制得的ws2/g-c3n4复合光催化剂稳定性好，经8次重复实验催化效率仍可达到90%。
17.本发明提供的制备方法无环境污染，工艺和流程简便，参数可调范围宽，催化效率高，稳定性好，可重复性强，生产成本低，可进行大批量的工业级生产。所制备的ws2/g-c3n4复合光催化剂可应用于染料废水、黑臭水治理。
附图说明
18.图1为本发明实施例1中合成的ws2/g-c3n4的扫描电镜图；图2为本发明实施例1中合成的ws2/g-c3n4的x射线衍射图；图3为本发明实施例1中合成的ws2/g-c3n4的光催化还原甲基橙效率图，从图中可以看出，制备得到ws2/g-c3n4复合光催化剂的方法催化效率高，300w可见光下1.5h，20mg/l的甲基橙分解率达到96%以上；图4为本发明实施例1中合成的ws2/g-c3n4的光催化还原甲基橙重复性图，从图中可以看出，本发明制得的ws2/g-c3n4复合光催化剂稳定性好，经8次重复实验催化效率仍可达到90%。
具体实施方式
19.下面结合具体实施例方式，进行进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说 明本发明而不是用于限制本发明的范围。此外，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附后权利要求书限定 的范围。
20.实施例1一种二硫化钨/石墨相氮化碳复合光催化剂，按以下制备步骤：第一步，将8g钨酸钠与10.0 g的g-c3n4溶解于100 ml去离子水中，充分搅拌后加入3 mol/l稀盐酸酸化，调整ph为1.2，加入6.3 g草酸，充分搅拌3h，得到均匀混合液a；第二步，将混合液a稀释250 ml，取60 ml，加入1.2g 硫脲，充分搅拌30 min，得到混合液b；第三步，将混合液b转移到高压反应釜中，在180~200℃恒温下反应24h，清洗，干燥，得到ws2/g-c3n4复合光催化剂。
21.图1为本实施例中合成的ws2/g-c3n4的扫描电镜图，从图中可以看到，该光催化剂微粒为卵石状，直径约为1.2-3.4微米。
22.图2为合成的ws2/g-c3n4的x射线衍射图。
23.图3为本实施例中合成的ws2/g-c3n4的光催化还原甲基橙效率图，从图中可以看出，制备得到ws2/g-c3n4复合光催化剂的方法催化效率高，300w可见光下1.5h，20mg/l的甲基橙分解率达到96%以上。
24.图4为本实施例中合成的ws2/g-c3n4的光催化还原甲基橙重复性图，从图中可以看出，本发明制得的ws2/g-c3n4复合光催化剂稳定性好，经8次重复实验催化效率仍可达到90%。
25.实施例2一种二硫化钨/石墨相氮化碳复合光催化剂，按以下制备步骤：第一步，将8g钨酸钠与4.4g的g-c3n4溶解于100 ml去离子水中，充分搅拌后加入3 mol/l稀盐酸酸化，调整ph为1.2，加入6.3 g草酸，充分搅拌3h，得到均匀混合液a；第二步，将混合液a稀释至250 ml，取60 ml，加入1.2g 硫脲，充分搅拌30 min，得到混合液b；第三步，将混合液b转移到高压反应釜中，在180~200℃恒温下反应24h，清洗，干燥，得到ws2/g-c3n4复合光催化剂。
26.以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施案例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施案例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施案例中实现。因此本发明不会被限制于本文所示的这些实施案例中，而是要符合与本文所公开的原理和新颖等特点相一致的最宽范围。


技术特征：
1.一种二硫化钨/石墨相氮化碳复合光催化剂，所述催化剂为ws2/g-c3n4，其特征在于：该光催化剂由硫化钨(ws2)与(g-c3n4)复合而成，形貌为卵石状，直径为1.2-3.4微米。2.根据权利要求1所述的二硫化钨/石墨相氮化碳复合光催化剂，其特征在于，所述的ws2的质量百分比为40％～60％。3.一种如权利要求1或2所述的二硫化钨/石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：第一步，将钨源与g-c3n4溶解于水中，所述的钨源为钨酸钠、钨酸铵中的至少一种，充分搅拌后加入稀酸酸化，调整ph为1.0~1.2，加入草酸，得到均匀混合液a；第二步，将混合液a稀释，加入硫源，所述的硫源为硫脲、硫代乙酰胺中的至少一种，得到混合液b；第三步，将混合液b转移到高压反应釜中，在180~200℃恒温下反应24h，清洗，干燥，得到ws2/g-c3n4复合光催化剂。4.根据权利要求3所述的二硫化钨/石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述的溶液a中，钨源浓度为为0 .14～0 .28mol/l。5.根据权利要求3所述的二硫化钨/石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述的溶液b中，硫源浓度为0 .14～0 .28mol/l /l，钨源浓度为0 .07～0.14mol/l。6.根据权利要求3至5任一项所述的二硫化钨/石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法，按以下制备步骤：第一步，将8g钨酸钠与10.0 g的g-c3n4溶解于100 ml去离子水中，充分搅拌后加入3 mol/l稀盐酸酸化，调整ph为1.2，加入6.3 g草酸，充分搅拌3h，得到均匀混合液a；第二步，将混合液a稀释250 ml，取60 ml，加入1.2g 硫脲，充分搅拌30 min，得到混合液b；第三步，将混合液b转移到高压反应釜中，在180~200℃恒温下反应24h，清洗，干燥，得到ws2/g-c3n4复合光催化剂。7.根据权利要求3至5任一项所述的二硫化钨/石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法，按以下制备步骤：第一步，将8g钨酸钠与4.4g的g-c3n4溶解于100 ml去离子水中，充分搅拌后加入3 mol/l稀盐酸酸化，调整ph为1.2，加入6.3 g草酸，充分搅拌3h，得到均匀混合液a；第二步，将混合液a稀释至250 ml，取60 ml，加入1.2g 硫脲，充分搅拌30 min，得到混合液b；第三步，将混合液b转移到高压反应釜中，在180~200℃恒温下反应24h，清洗，干燥，得到ws2/g-c3n4复合光催化剂。8.一种根据权利要求1或2所述的二硫化钨/石墨相氮化碳复合光催化剂在治理污水甲基橙分解中的应用。

技术总结
本发明涉及一种二硫化钨/石墨相氮化碳复合光催化剂及其制备方法。采用原位水热还原法制备全光谱催化剂，该复合催化剂的直径约为1.2-3.4微米之间。其具体制备方法如下：将一定量的钨酸钠加入去离子水，搅拌溶解，用盐酸酸化。然后加入石墨相氮化碳、草酸、硫脲，并通过一步水热处理得到WS2/g-C3N4复合光催化剂。本发明提供的制备方法无环境污染，工艺和流程简便，参数可调范围宽，催化效率高，稳定性好，可重复性强，生产成本低，可进行大批量的工业级生产。所制备的WS2/g-C3N4复合光催化剂可应用于染料废水、黑臭水治理。黑臭水治理。


技术研发人员：丁浩源 林琳 崔大祥 朱君
受保护的技术使用者：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司
技术研发日：2022.11.17
技术公布日：2023/3/3