一种利用废弃烟头制备光催化剂的方法，光催化剂及应用与流程

本发明涉及光催化剂，尤其涉及一种利用废弃烟头制备光催化剂的方法，光催化剂及应用。

背景技术：

1、自从1972年藤岛昭报道了基于半导体的光催化分解制氢系统以来，光催化已成为解决能源消耗和环境污染问题的理想方法。氢气是目前已知燃料中具有最高能量质量比的燃料，且燃烧产物没有任何污染，是未来人类社会和经济发展中最具潜力的燃料。同时，相对于电能来说，氢能解决了储能的问题。我们知道，在太阳能或风力发电中产生电能虽然可以直接供电，但是当电能产量过大时，会造成浪费，而氢能是理想的储能燃料。

2、与此同时，解决环境问题除了需要发展清洁能源之外，解决日常是生活中产生的污染物也是重要的问题。烟草虽然有害健康，但是在全世界大部分地区都有着惊人的销售量，全球人口中具有吸烟习惯的比例也不可忽视，因此每天产生的香烟固体废弃物(主要是废弃香烟过滤嘴)对环境造成了重大挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中能源消耗和环境污染等缺点，提供一种利用废弃烟头制备光催化剂的方法，光催化剂及应用。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下：

3、一种利用废弃烟头制备光催化剂的方法，包括如下步骤：

4、收集使用过且含有烟焦油的废弃香烟过滤嘴，对所述废弃香烟过滤嘴进行预处理；

5、对所述废弃香烟过滤嘴进行碳化；

6、所述废弃香烟过滤嘴碳化后，分别采用水热法和热缩聚法在碳化废弃香烟过滤嘴上原位生长锌铟硫/氮化碳形成锌铟硫/氮化碳光催化剂。

7、可选的，分别采用水热法和热缩聚法在碳化废弃香烟过滤嘴上依次原位生长锌铟硫/氮化碳的具体工艺包括：

8、锌铟硫在碳化烟嘴上的原位生长：将碳化后的香烟滤嘴放入六水合硝酸锌与四水合氯化铟混合溶液中，搅拌一段时间后加入柠檬酸水溶液，之后转移进入烘箱，保温一段时间转移至真空干燥箱烘干；

9、碳化氮的原位生长：将已经原位生长了锌铟硫的样品放入单氰胺水溶液中在真空干燥箱里保温，直至水分完全蒸干，然后将样品放入管式炉中加热并保温一段时间，以获得最终产品。

10、可选的，所述原位生长锌铟硫/氮化碳的具体工艺具体包括：

11、锌铟硫在碳化烟嘴上的原位生长：将碳化后的香烟滤嘴放入1mmo l六水合硝酸锌与四水合氯化铟混合溶液中，在50摄氏度下搅拌60分钟后加入6mmo l柠檬酸水溶液，之后转移进入烘箱在160摄氏度保温12小时转移至真空干燥箱于60摄氏度下烘干；

12、碳化氮的原位生长：将已经原位生长了锌铟硫的样品放入10mmo l的单氰胺水溶液中在真空干燥箱里于80摄氏度下保温，直至水分完全蒸干，然后将样品放入管式炉中以3摄氏度每分钟的加热速率加热至550摄氏度并保温4小时，以获得最终产品。

13、可选的，所述预处理包括剥除烟嘴外包裹的烟纸，再进行烘干去除水分。

14、可选的，在碳化废弃香烟过滤嘴上原位生长锌铟硫/氮化碳之前，对碳化废弃香烟过滤嘴进行粉碎。

15、可选的，碳化后的废弃香烟过滤嘴的纤维为螺旋梯状，所述螺旋梯状形态为锌铟硫/氮化碳光催化剂提供了丰富的负载位点和超大的比表面积。

16、可选的，所述废弃香烟过滤嘴进行碳化的工艺包括：：剥去使用过的废弃烟头滤嘴外的烟纸部分，同时清理掉烟嘴上残留的烟草，之后在惰性气体条件下进行高温退火，退火温度高于700摄氏度，升温速率为5摄氏度每分钟以下，并在最高温度保温一段时间。

17、可选的，所述保温的时间为1～4小时。

18、本发明实施例还提供了一种利用所述制备光催化剂的方法所制备的光催化剂。

19、一种利用所述光催化剂的应用，包括，将所述光催化器放入中性或酸性的水溶液中，利用自然太阳光或模拟太阳光进行光催化析氢反应。

20、本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

21、本发明涉及一种兼顾日常废弃物回收和清洁能源生产的新型光催化剂和应用。废弃香烟过滤嘴含有烟焦油，废弃香烟过滤嘴中的醋酸纤维在过滤烟气过程中上面附着的烟焦油有利于其在碳化过程中形成理想的纳米形貌，利用碳化废香烟过滤嘴制备的纤维来提高异质结光催化剂的光催化析氢效率，能够实现有效的电荷分离和高光催化制氢活性。

22、且由于碳化后的废弃香烟过滤嘴的纤维为螺旋梯状，所述螺旋梯状形态为锌铟硫/氮化碳光催化剂提供了丰富的负载位点和超大的比表面积。x射线光电子能谱结果表明，在纤维和锌铟硫/氮化碳之间形成了强大的内部电场，允许足够的驱动力从异质结光催化剂中提取光生电子。与对照组相比，气相色谱监测到h2释放(322.41μmol·g-1·h-1)增加约37％。本发明提出了利用废弃香烟过滤嘴促进光催化制氢的尝试，同时实现了废物回收和清洁能源产生。

技术特征：

1.一种利用废弃烟头制备光催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种利用废弃烟头制备光催化剂的方法，其特征在于，分别采用水热法和热缩聚法在碳化废弃香烟过滤嘴上依次原位生长锌铟硫/氮化碳的具体工艺包括：

3.根据权利要求2所述的一种利用废弃烟头制备光催化剂的方法，其特征在于，所述原位生长锌铟硫/氮化碳的具体工艺具体包括：

4.根据权利要求1所述的一种利用废弃烟头制备光催化剂的方法，其特征在于，所述预处理包括剥除香烟过滤嘴外包裹的烟纸，再进行烘干去除水分。

5.根据权利要求1所述的一种利用废弃烟头制备光催化剂的方法，其特征在于，在碳化废弃香烟过滤嘴上原位生长锌铟硫/氮化碳之前，对碳化废弃香烟过滤嘴进行粉碎。

6.根据权利要求1所述的一种利用废弃烟头制备光催化剂的方法，其特征在于，碳化后的废弃香烟过滤嘴的纤维为螺旋梯状，所述螺旋梯状形态为锌铟硫/氮化碳光催化剂提供了丰富的负载位点和超大的比表面积。

7.根据权利要求1所述的一种利用废弃烟头制备光催化剂的方法，其特征在于，所述废弃香烟过滤嘴进行碳化的工艺包括：在惰性气体条件下进行高温退火，退火温度高于700摄氏度，升温速率为5摄氏度每分钟以下，并在最高温度保温一段时间。

8.根据权利要求7所述的一种利用废弃烟头制备光催化剂的方法，其特征在于，所述保温的时间为1～4小时。

9.一种如权利要求1所述利用废弃烟头制备光催化剂的方法所制备的光催化剂。

10.一种利用如权利要求9所述的光催化剂的应用，其特征在于，包括，将所述光催化器放入中性或酸性的水溶液中，利用自然太阳光或模拟太阳光进行光催化析氢反应。

技术总结
本发明提供了一种利用废弃烟头制备光催化剂的方法，光催化剂及应用，所述方法步骤为：收集使用过且含有烟焦油的废弃香烟过滤嘴，对所述废弃香烟过滤嘴进行预处理；对所述废弃香烟过滤嘴进行碳化；所述废弃香烟过滤嘴碳化后，分别采用水热法和热缩聚法在碳化废弃香烟过滤嘴上原位生长锌铟硫/氮化碳形成锌铟硫/氮化碳光催化剂。本发明通过碳化废弃香烟过滤嘴并在碳化后的废弃香烟过滤嘴上原位生长异质结光催化材料，在很大程度上提高了光催化剂的制氢效率，不仅实现了废物回收改善环境还能清洁能源。

技术研发人员：李京波,张梦龙,柯茜,张俊海
受保护的技术使用者：浙江芯科半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13