CN111229286B - 一种催化材料及其制备方法、光催化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水处理技术领域，具体公开了一种催化材料及其制备方法、光催化剂，所述催化材料包括以下原料：N‑CQDs粉料和CuFe‑LDH分散液；其中，CuFe‑LDH分散液包括以下的原料：三价铁源、二价铜源以及适量的碱溶液。本发明通过将CuFe‑LDH与氮掺杂碳量子点进行复合得到催化材料，循环效率高，可反复回收利用，拓宽了光芬顿反应的pH范围，解决了现有层状双金属氢氧化物催化材料存在金属氧化还原循环效率低、光催化量子效率低和光芬顿反应降解水中有机污染物效率低，且pH适用范围较窄的问题。而提供的制备方法简单，制备的催化材料促进了Fe3+/Fe2+和Cu3+/Cu2+氧化还原对的循环，提高了光催化量子效率。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体是一种催化材料及其制备方法、光催化剂。
背景技术
随着工业化的大力发展，使得废水中难降解有机污染物的含量不断增高，高级氧化技术作为有机废水处理的一种重要手段，在水处理领域逐渐占据重要的地位。其中芬顿法是一种应用非常广泛的高级氧化技术。传统的芬顿法是指过氧化氢在二价铁的催化作用下产生羟基自由基，再由羟基自由基将污水中的有机污染物氧化分解。但传统的芬顿法可应用的pH范围小，只在pH为2-4的酸性条件下有效发生，且在实际运用过程中需要消耗大量的过氧化氢和Fe2+，并且Fe2+容易被氧化成为Fe3+，从而产生大量含铁污泥，增加的剩余污泥的处理费用。
目前，层状双金属氢氧化物(Layered double hydroxide，LDH)具有较低的禁带宽度，因此LDH可以作为多相催化剂重复使用，不会造成催化剂泄漏和二次金属污染。但是，LDH通常由于其较低的载流子迁移率，所以在紫外光和可见光照射下具有较低的量子产率。为了解决上述的环保问题，部分研究者们利用采用共沉淀法制备了铜铁层状双金属氢氧化物(Cu-Fe layered double hydroxide，CuFe-LDH)，其中，铜铁层状双金属氢氧化物作为一种良好的光芬顿催化剂，在废水中有机污染物降解速率、适用pH范围和Fe2+消耗量等方面都有所改善，但是并未达到理想效果，对Fe3+/Fe2+和Cu3+/Cu2+氧化还原对的循环效率较低，而且光催化量子效率比较低，pH适用范围较窄。因此，设计一种光催化量子效率高且循环效率高的催化材料，成为目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种催化材料，以解决上述背景技术中提出的现有层状双金属氢氧化物催化材料存在循环效率低和光催化量子效率低，且pH适用范围较窄的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种催化材料，包括以下的原料：N-CQDs(氮掺杂碳量子点，Nitrogen dopedcarbon quantum dots)粉料和CuFe-LDH分散液，且所述CuFe-LDH分散液中CuFe-LDH的质量与所述N-CQDs粉料的质量之比为33％-40％；其中，所述CuFe-LDH分散液包括以下的原料：铁源、铜源以及适量的碱溶液，所述铁源与所述铜源的摩尔比为45％-58％。
作为本发明进一步的方案：所述碱溶液选自氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
优选的，所述碱溶液是氢氧化钠溶液，具体是取2-3g的氢氧化钠溶于190-200mL去离子水中得到碱溶液。
作为本发明再进一步的方案：所述铁源为三价铁源，具体选自三氯化铁、硫酸铁或硝酸铁中的任意一种。当然，也可以根据需要选择其他类型的可溶性铁盐。
作为本发明再进一步的方案：所述铁源选自硝酸铁或三氯化铁，优选的，所述铁源是Fe(NO3)3·9H2O或FeCl3·6H2O。
作为本发明再进一步的方案：所述铜源为二价铜源，具体选自氯化铜、硫酸铜或硝酸铜中的任意一种。当然，也可以根据需要选择其他类型的可溶性铜盐。
作为本发明再进一步的方案：所述铜源选自硫酸铜，优选的，所述铜源是CuSO4·5H2O或无水硫酸铜。
作为本发明再进一步的方案：所述CuFe-LDH分散液的制备方法包括以下步骤：
1)按照比例称取铁源、铜源溶解在适量的水中，混合均匀，得到第一溶液；
2)称取碱溶液在35-50℃的条件下剧烈搅拌并缓慢滴入所述第一溶液，滴入时保持碱溶液pH为8-10，混合均匀，得到第二溶液；
3)将所述第二溶液进行浓缩，冷却，得到所述CuFe-LDH分散液。
作为本发明再进一步的方案：所述保持碱溶液pH为8-10是采用氢氧化钠溶于适量去离子水中得到的氢氧化钠溶液作为pH调节剂，并在缓慢滴入所述第一溶液的同时滴加所述pH调节剂使pH保持在8-10。当然，所述保持碱溶液pH为8-10所用试剂也可为其他任意本领域常规pH调节剂，如氨水、稀盐酸、氢氧化钾溶液等，具体根据需求进行选择，这里并不作限定。
作为本发明再进一步的方案：所述水可以是选自纯净水、矿泉水、蒸馏水、去离子水或软水中的任意一种，这里并不作限定，可以根据需要进行选择。
优选的，所述水是去离子水。
作为本发明再进一步的方案：所述铁源、铜源溶解在水中的具体用水量根据需求进行选择，这里并不作限定，通常，是按照所述铁源和铜源总重量的30-300倍进行加水。
作为本发明再进一步的方案：在所述CuFe-LDH分散液的制备方法中，所述溶解可以是进行加热至溶解，也可以是超声进行溶解，可以根据需要进行选择，这里并不作限定。(CuFe-LDH不溶于水中，通过超声可使CuFe-LDH在水中分散更为均匀)
作为本发明再进一步的方案：所述N-CQDs粉料的制备方法是：按照比例称取尿素与一水合柠檬酸加入至适量的水中溶解混合均匀，微波加热烘烤后进行烘干，研磨，然后加水进行溶解，再依次进行透析，干燥，研磨，得到所述N-CQDs粉料。
作为本发明再进一步的方案：在所述N-CQDs粉料的制备方法中，所述尿素和一水合柠檬酸按照摩尔比为1:1.2-1.6的比例进行称取。通过将所述尿素和一水合柠檬酸按照摩尔比为1:1.2-1.6的比例进行称取来制备所述N-CQDs粉料，产率高。
作为本发明再进一步的方案：所述N-CQDs粉料的制备方法是：按照尿素与一水合柠檬酸的摩尔比为1:1.2-1.6的比例进行称取所述尿素和一水合柠檬酸，加入20-30mL去离子水中搅拌混合，得到均匀的混合溶液，然后放入微波炉中以800-900W功率的微波加热烘烤，得到黄黑色粘稠液体，再将黄黑色粘稠液体放入烘箱在80-90℃下烘干，研磨得到粉末，把粉末加入至去离子水中搅拌溶解，得到的溶液用180-200D透析膜进行透析，透析后放入烘箱在80-90℃下烘干，研磨，得到所述N-CQDs粉料。
作为本发明再进一步的方案：所述N-CQDs粉料的制备方法为现有技术，该方法为微波炉快速制备氮掺杂碳量子点的方法。所述N-CQDs粉料也可以是采用其他现有方法制备，例如，水热合成法制备氮掺杂碳量子点，具体可以根据需要进行选择，这里并不作限定。与其他氮掺杂碳量子点的制备方法相比(如水热合成法制备氮掺杂碳量子点)，微波炉快速制备氮掺杂碳量子点的方法具有制备速度快，产率高的优点。当然，采用现有的N-CQDs粉料也可作为原料制备所述催化材料。
本发明实施例的另一目的在于提供一种催化材料的制备方法，所述的催化材料的制备方法，包括以下步骤：
按照比例称取所述CuFe-LDH分散液，加入所述N-CQDs粉料进行搅拌陈化，然后进行水热反应，冷却，洗涤，干燥，研磨，得到所述催化材料。
作为本发明再进一步的方案：在所述的催化材料的制备方法中，所述水热反应是在100-110℃进行水热反应8-10h。
作为本发明再进一步的方案：所述的催化材料的制备方法包括以下步骤：按照比例称取所述CuFe-LDH分散液，加入所述N-CQDs粉料进行搅拌陈化，然后在100-110℃下水热反应8-10小时，冷却，洗涤，干燥，研磨，得到所述催化材料。
作为本发明再进一步的方案：所述的催化材料的制备方法包括以下步骤：按照比例称取所述CuFe-LDH分散液，加入所述N-CQDs粉料进行搅拌10-12h使其陈化，然后放入聚四氟乙烯反应釜中，在温度为100-110℃的条件下水热反应8-10小时，反应完成后快速降至室温，离心分离并用去离子水洗净，使离心后上清液为中性，在50-60℃的烘箱中干燥烘干，研磨，得到所述催化材料，记作CuFe-LDH/N-CQDs。
本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述的催化材料的制备方法制备得到的催化材料。
本发明实施例的另一目的在于提供一种光催化剂，部分或全部包含上述的催化材料。
作为本发明再进一步的方案：所述的光催化剂在光催化降解有机废水中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明实施例制备的催化材料具备优异的光催化性能，通过将CuFe-LDH与氮掺杂碳量子点进行复合得到催化材料，循环效率高，有效提高了污水中有机污染物的降解速率，可反复回收利用，大大减少了Fe2+的投加量，在中性、酸性和碱性条件下可正常进行光芬顿反应，解决了现有层状双金属氢氧化物催化材料存在循环效率低和光催化量子效率低，且pH适用范围较窄的问题。而提供的制备方法简单，采用水热法进行制备催化材料，催化材料性能稳定，与CuFe-LDH相比，该催化材料促进了Fe3+/Fe2+和Cu3+/Cu2+氧化还原对的有效循环，提高了光催化量子效率，拓宽了光芬顿反应的pH范围，从而进一步提高了废水中有机污染物降解速率以及催化材料的回收利用率，具有良好的市场应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例提供的催化材料在模拟太阳光下光催化降解亚甲基蓝的降解曲线图。
图2为本发明实施例提供的催化材料在模拟太阳光下光催化降解亚甲基蓝过程中的总有机碳浓度变化曲线图。
图3为本发明实施例提供的催化材料进行多次回收利用后在模拟太阳光下光催化降解亚甲基蓝的亚甲基蓝去除率统计图。
图4为本发明实施例提供的CuFe-LDH进行多次回收利用后在模拟太阳光下光催化降解亚甲基蓝的亚甲基蓝去除率统计图。
图5为本发明实施例提供的催化材料在模拟太阳光下分别处于不同pH环境中的光催化降解亚甲基蓝的亚甲基蓝去除率统计图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。需要指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。
实施例1
一种催化材料，具体制备方法如下：
1)在常温下称取尿素0.6g和一水合柠檬酸3g(尿素与一水合柠檬酸的摩尔比为71％)，加入至30mL去离子水中搅拌混合，得到均匀的混合溶液，放入微波炉中进行微波加热烘烤，得到黄黑色粘稠液体，再放入烘箱中在85℃下烘干，研磨得到粉末；然后把粉末加入至去离子水中进行搅拌溶解，得到的溶液用200D透析膜进行透析，透析后放入烘箱在80℃下烘干，研磨，得到N-CQDs粉料；
2)称取三氯化铁2.3665g和五水合硫酸铜4.3775g，共同投入至300mL去离子水中，用磁力搅拌器搅拌至完全溶解，得到均匀的第一溶液，记做A液；
3)称取3g的NaOH溶于200mL去离子水中得到碱溶液，得到pH调节剂，记做B液；向600mL去离子水中滴加少量B液使其pH约为9，记做C液；
4)采用恒温磁力搅拌器将所述C液在40℃的条件下剧烈搅拌，同时，将所述A液缓慢滴入至C液中，并同时滴加B液使pH保持在9左右，滴加A液结束后得到第二溶液，将所述第二溶液加热浓缩至80mL，停止加热，待冷却后加入制备好的N-CQDs粉料，继续搅拌12h使其陈化，得到陈化液体，记做D液；
5)将所述D液放入聚四氟乙烯反应釜中，在温度为105℃的条件下水热反应8小时，反应完成后快速降至室温，离心分离并用去离子水洗净，使离心后上清液pH约为7，然后在60℃的烘箱中烘干，研磨，得到所述催化材料，记作CuFe-LDH/N-CQDs。
实施例2
在常温下称取三氯化铁2.3665g和五水合硫酸铜4.3775g，投入至300mL去离子水中，用磁力搅拌器搅拌至完全溶解，记做A液；然后称取3g氢氧化钠溶于200mL去离子水中得到碱溶液，记做B液；向600mL去离子水中滴加少量B液使其pH约9，记做C液；采用恒温磁力搅拌器将所述C液在40℃的条件下剧烈搅拌，同时，将所述A液缓慢滴入至C液中，并同时滴加B液使pH保持在9左右，滴加A液结束后得到第二溶液，将所述第二溶液加热浓缩至80mL，停止加热，继续搅拌12h使其陈化，然后放入聚四氟乙烯反应釜中，在温度为105℃的条件下水热反应8小时，反应完成后快速降至室温，离心分离并用去离子水洗净，使离心后上清液pH约为7，然后在60℃的烘箱中烘干，研磨，得到铜铁层状双金属氢氧化物材料，记作CuFe-LDH。
实施例3
将实施例1中制备的CuFe-LDH/N-CQDs与实施例2中制备的CuFe-LDH进行光芬顿反应降解MB(MethyleneBlue，亚甲基蓝)试验，具体的，称取浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液80mg放入100mL的小烧杯中，加入100μL的H2O2和0.003g的试验样品(实施例1中制备的CuFe-LDH/N-CQDs或实施例2中制备的CuFe-LDH)，然后用磁力搅拌器搅拌并用500W的氙灯照射模拟太阳光提供光源，每隔5分钟取一次样，共反应0.5小时，用紫外分光光度计测试每个样品的吸光度(λ＝664)，还在光降解过程中对MB溶液的总有机碳(TOC，Total organic carbon)浓度进行了动态监测；同时，设置除了不加试验样品，保持其他条件和操作步骤不变的对照组进行对比，得到亚甲基蓝降解曲线和总有机碳的变化曲线，具体结果如图1和图2所示。
其中，图1是为本发明实施例提供的催化材料在模拟太阳光下光催化降解亚甲基蓝的降解曲线图。图2为本发明实施例提供的催化材料在模拟太阳光下光催化降解亚甲基蓝过程中的总有机碳浓度变化曲线图。从图1与图2的结果可以看出，因氮掺杂碳量子点可以改进催化性能，通过将N-CQDs与CuFe-LDH复合，得到的CuFe-LDH/N-CQDs是一种新型的光芬顿催化材料，创新点在于该种催化材料是一种新的光催化材料，与CuFe-LDH相比，该催化材料提高了光催化量子效率，从而进一步提高了废水中有机污染物降解速率，同时，CuFe-LDH/N-CQDs相对于CuFe-LDH减少了Fe2+的消耗，可以提升光催化降解速率和减少了Fe2+的投加量，避免了含铁污泥的大量产生。
实施例4
将实施例1中制备的CuFe-LDH/N-CQDs按照实施例3中的方法进行光芬顿反应降解亚甲基蓝试验，具体条件和操作步骤不变，在降解反应0.5小时后，将使用后的CuFe-LDH/N-CQDs进行回收，洗净、烘干和研磨，反复回收利用5次，统计每次亚甲基蓝的去除率，具体的结果如图3所示，图3为本发明实施例提供的催化材料CuFe-LDH/N-CQDs进行多次回收利用后在模拟太阳光下光催化降解亚甲基蓝的亚甲基蓝去除率统计图。从图3中可以看出，实施例1中制备的CuFe-LDH/N-CQDs在多次回收利用后，亚甲基蓝的去除率均保持在86％以上。
实施例5
将实施例2中制备的CuFe-LDH按照实施例3中的方法进行光芬顿反应降解亚甲基蓝试验，具体条件和操作步骤不变，在降解反应0.5小时后，将使用后的CuFe-LDH进行回收，洗净、烘干和研磨，反复回收利用5次，统计每次亚甲基蓝的去除率，具体的结果如图4所示，图4为本发明实施例提供的CuFe-LDH进行多次回收利用后在模拟太阳光下光催化降解亚甲基蓝的亚甲基蓝去除率统计图。结合图3与图4可以看出，因氮掺杂碳量子点可以改进催化性能，通过将N-CQDs与CuFe-LDH复合，得到的CuFe-LDH/N-CQDs是一种新型的光芬顿催化剂，创新点在于该种催化剂是一种新的光催化材料，与CuFe-LDH相比，该催化材料促进了Fe3+/Fe2+和Cu3+/Cu2+氧化还原对的有效循环，提高了光催化量子效率，从而进一步提高了废水中有机污染物降解速率以及CuFe-LDH/N-CQDs光Fenton催化剂的回收利用率，CuFe-LDH/N-CQDs相对于CuFe-LDH还减少了Fe2+的消耗。
实施例6
一种催化材料，具体制备方法如下：
1)在常温下称取尿素0.6g和一水合柠檬酸3.4g，加入至30mL去离子水中搅拌混合，得到均匀的混合溶液，放入微波炉中进行微波加热烘烤，得到黄黑色粘稠液体，再放入烘箱中在80℃下烘干，研磨得到粉末；然后把粉末加入至去离子水中进行搅拌溶解，得到的溶液用200D透析膜进行透析，透析后放入烘箱在80℃下烘干，研磨，得到N-CQDs粉料；
2)称取三氯化铁2g和五水合硫酸铜3.148g，共同投入至300mL去离子水中，用磁力搅拌器搅拌至完全溶解，得到均匀的第一溶液，记做A液；
3)称取3g的NaOH溶于200mL去离子水中得到碱溶液，得到pH调节剂，记做B液；向600mL去离子水中滴加少量B液使其pH约为9，记做C液；
4)采用恒温磁力搅拌器将所述C液在45℃的条件下剧烈搅拌，同时，将所述A液缓慢滴入至C液中，并同时滴加B液使pH保持在9左右，滴加A液结束后得到第二溶液，将所述第二溶液加热浓缩至80mL，停止加热，待冷却后加入制备好的N-CQDs粉料，继续搅拌10h使其陈化，得到陈化液体，记做D液；
5)将所述D液放入聚四氟乙烯反应釜中，在温度为100℃的条件下水热反应9小时，反应完成后快速降至室温，离心分离并用去离子水洗净，使离心后上清液pH约为7，然后在55℃的烘箱中烘干，研磨，得到所述催化材料。
在本实施例中，称取浓度为10mg/L的亚甲基蓝80mg放入100mL的小烧杯中，加入100μL的H2O2和0.003g的所述催化材料，同时，用磁力搅拌器搅拌并用500W的氙灯照射模拟日光提供光源，每隔5分钟取一次样，共反应0.5小时，用紫外分光光度计测试每个样品的吸光度(λ＝664)，测得亚甲基蓝的去除率为88％。
实施例7
一种催化材料，具体制备方法如下：
1)在常温下称取尿素0.6g和一水合柠檬酸2.5g，加入至30mL去离子水中搅拌混合，得到均匀的混合溶液，放入微波炉中进行微波加热烘烤，得到黄黑色粘稠液体，再放入烘箱中在80℃下烘干，研磨得到粉末；然后把粉末加入至去离子水中进行搅拌溶解，得到的溶液用200D透析膜进行透析，透析后放入烘箱在80℃下烘干，研磨，得到N-CQDs粉料；
2)称取三氯化铁2g和五水合硫酸铜4.1g，共同投入至300mL去离子水中，用磁力搅拌器搅拌至完全溶解，得到均匀的第一溶液，记做A液；
3)称取3g的NaOH溶于200mL去离子水中得到碱溶液，得到pH调节剂，记做B液；向600mL去离子水中滴加少量B液使其pH约为9，记做C液；
4)采用恒温磁力搅拌器将所述C液在50℃的条件下剧烈搅拌，同时，将所述A液缓慢滴入至C液中，并同时滴加B液使pH保持在9左右，滴加A液结束后得到第二溶液，将所述第二溶液加热浓缩至80mL，停止加热，待冷却后加入制备好的N-CQDs粉料，继续搅拌11h使其陈化，得到陈化液体，记做D液；
5)将所述D液放入聚四氟乙烯反应釜中，在温度为110℃的条件下水热反应10小时，反应完成后快速降至室温，离心分离并用去离子水洗净，使离心后上清液pH约为7，然后在60℃的烘箱中烘干，研磨，得到所述催化材料。
在本实施例中，称取浓度为10mg/L的亚甲基蓝80mg放入100mL的小烧杯中，加入100μL的H2O2和0.003g的所述催化材料，同时，用磁力搅拌器搅拌并用500W的氙灯照射模拟日光提供光源，每隔5分钟取一次样，共反应0.5小时，用紫外分光光度计测试每个样品的吸光度(λ＝664)，测得亚甲基蓝的去除率为86％。
实施例8
一种催化材料，具体制备方法如下：
1)在常温下称取尿素0.6g和一水合柠檬酸3g，加入至30mL去离子水中搅拌混合，得到均匀的混合溶液，放入微波炉中进行微波加热烘烤，得到黄黑色粘稠液体，再放入烘箱中在80℃下烘干，研磨得到粉末；然后把粉末加入至去离子水中进行搅拌溶解，得到的溶液用200D透析膜进行透析，透析后放入烘箱在80℃下烘干，研磨，得到N-CQDs粉料；
2)称取2g的Fe(NO3)3·9H2O和1.58g无水硫酸铜，共同投入至300mL去离子水中，用磁力搅拌器搅拌至完全溶解，得到均匀的第一溶液，记做A液；
3)称取3g的NaOH溶于200mL去离子水中得到碱溶液，得到pH调节剂，记做B液；向600mL去离子水中滴加少量B液使其pH约为9，记做C液；
4)采用恒温磁力搅拌器将所述C液在40℃的条件下剧烈搅拌，同时，将所述A液缓慢滴入至C液中，并同时滴加B液使pH保持在9左右，滴加A液结束后得到第二溶液，将所述第二溶液加热浓缩至80mL，停止加热，待冷却后加入制备好的N-CQDs粉料，继续搅拌12h使其陈化，得到陈化液体，记做D液；
5)将所述D液放入聚四氟乙烯反应釜中，在温度为105℃的条件下水热反应8小时，反应完成后快速降至室温，离心分离并用去离子水洗净，使离心后上清液pH约为7，然后在60℃的烘箱中烘干，研磨，得到所述催化材料。
在本实施例中，称取浓度为10mg/L的亚甲基蓝80mg放入100mL的小烧杯中，加入100μL的H2O2和0.003g的所述催化材料，同时，用磁力搅拌器搅拌并用500W的氙灯照射模拟日光提供光源，每隔5分钟取一次样，共反应0.5小时，用紫外分光光度计测试每个样品的吸光度(λ＝664)，测得亚甲基蓝的去除率为81％。
实施例9
与实施例6相比，除了将所述NaOH替换为氢氧化钾外，其他与实施例6相同。
实施例10
与实施例6相比，除了将“采用恒温磁力搅拌器将所述C液在45℃的条件下剧烈搅拌”中的45℃替换为35℃外，其他与实施例6相同。
实施例11
将实施例1中制备的CuFe-LDH/N-CQDs按照实施例3中的方法进行光芬顿反应降解亚甲基蓝试验，除了增加降解反应中的pH条件外，其他具体条件和操作步骤不变。具体的，分别在pH为2、4、7、9、11的环境下进行光芬顿反应降解亚甲基蓝试验，降解0.5小时，测得不同pH环境下的亚甲基蓝降解效率，得到亚甲基蓝去除率，具体的结果如图5所示。其中，图5为本发明实施例提供的催化材料在模拟太阳光下分别处于不同pH环境中的光催化降解亚甲基蓝的亚甲基蓝去除率统计图。从图5中可以看出，实施例1中制备的CuFe-LDH/N-CQDs在中性、酸性和碱性条件下均可正常进行光芬顿反应，亚甲基蓝的去除率均保持在78％以上。
其中，当pH约为2的酸性条件时，保持降解条件不变，降解0.5小时，亚甲基蓝去除可达91.97％；当pH约为4的酸性条件时，保持降解条件不变，降解0.5小时，亚甲基蓝去除可达99.6％；当pH约为7的中性条件时，保持降解条件不变，降解0.5小时，亚甲基蓝去除可达88.34％；当pH约为9的碱性条件时，保持降解条件不变，降解0.5小时，亚甲基蓝去除可达87.05％；当pH约为11的碱性条件时，保持降解条件不变，降解0.5小时，亚甲基蓝去除可达78.25％。从以上结果可以看出，通过将N-CQDs与CuFe-LDH复合得到的CuFe-LDH/N-CQDs是一种新型的光芬顿催化剂，与CuFe-LDH相比，该催化材料促进了Fe3+/Fe2+和Cu3+/Cu2+氧化还原对的有效循环，提高了光催化量子效率和拓宽了光芬顿反应的pH范围，从而进一步提高了废水中有机污染物降解速率以及催化材料的回收利用率，CuFe-LDH/N-CQDs相对于CuFe-LDH减少了Fe2+的消耗。
根据上述结果可以看出，本发明实施例通过将CuFe-LDH与氮掺杂碳量子点进行复合得到的CuFe-LDH/N-CQDs是一种新型高效的光芬顿催化剂，可以促进了Fe3+/Fe2+和Cu3+/Cu2+氧化还原对的有效循环，提高了光催化量子效率，拓宽了光芬顿反应的pH范围，从而进一步提高了废水中有机污染物降解速率以及催化剂的回收利用率，CuFe-LDH/N-CQDs相对于CuFe-LDH减少了Fe2+的消耗，是一种催化效率高且成本低廉的催化材料。
需要说明的是，通过引入N-CQDs，由于N-CQDs具有优良的光敏性、光诱导电子转移能力以及光催化量子产率较高等特性，从而促进了所述催化材料对Fe3+/Fe2+和Cu3+/Cu2+氧化还原对的循环，提高了量子产率以及循环利用率，进而提高了光催化降解速率，减少了Fe2+的投加量，避免了含铁污泥的大量产生，解决了现有铜铁层状双金属氢氧化物催化材料所存在的Fe3+/Fe2+和Cu3+/Cu2+氧化还原对的循环效率和光催化量子效率都较低的技术问题。
本发明实施例有益效果如下，本发明实施例制备的催化材料具备优异的光催化性能，通过将CuFe-LDH与氮掺杂碳量子点进行复合得到催化材料，促进了所述催化材料对Fe3 +/Fe2+和Cu3+/Cu2+氧化还原对的循环，循环效率高，有效提高了污水中有机污染物的降解速率，可反复回收利用，大大减少了Fe2+的投加量，在中性、酸性和碱性条件下可正常进行光芬顿反应，解决了现有层状双金属氢氧化物催化材料存在循环效率低和光催化量子效率低，且pH适用范围较窄的问题。而提供的制备方法简单，采用水热法进行制备催化材料，催化材料性能稳定，成本低廉，与CuFe-LDH相比，该催化材料促进了Fe3+/Fe2+和Cu3+/Cu2+氧化还原对的有效循环，提高了光催化量子效率，拓宽了光芬顿反应的pH范围，从而进一步提高了废水中有机污染物降解速率以及催化材料的回收利用率，相对于CuFe-LDH减少了Fe2+的消耗，具有良好的市场应用前景。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种催化材料，其特征在于，包括以下的原料：N-CQDs粉料和CuFe-LDH分散液，且所述CuFe-LDH分散液中CuFe-LDH的质量与所述N-CQDs粉料的质量之比为33%-40%；其中，所述CuFe-LDH分散液包括以下的原料：铁源、铜源以及适量的碱溶液，所述铁源与所述铜源的摩尔比为45%-58%；所述CuFe-LDH分散液的制备方法包括以下步骤：1）按照比例称取铁源、铜源溶解在适量的水中，混合均匀，得到第一溶液；2）称取碱溶液在35-50℃下搅拌并滴入所述第一溶液，滴入时保持碱溶液pH为8-10，混合均匀，得到第二溶液；3）将所述第二溶液进行浓缩，冷却，得到所述CuFe-LDH分散液；所述N-CQDs粉料的制备方法是：按照比例称取尿素与一水合柠檬酸加入至适量的水中溶解混合均匀，微波加热烘烤后进行烘干，研磨，然后加水进行溶解，再依次进行透析、干燥、研磨，得到所述N-CQDs粉料；在所述N-CQDs粉料的制备方法中，所述尿素和所述一水合柠檬酸按照摩尔比为1:1.2-1.6的比例进行称取。
2.根据权利要求1所述的催化材料，其特征在于，所述碱溶液选自氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
3.根据权利要求1所述的催化材料，其特征在于，所述铁源为三价铁源，所述铜源为二价铜源。
4.一种如权利要求1-3任一所述的催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照比例称取所述CuFe-LDH分散液，加入所述N-CQDs粉料进行搅拌陈化，然后进行水热反应，冷却，洗涤，干燥，研磨，得到所述催化材料。
5.根据权利要求4所述的催化材料的制备方法，其特征在于，在所述的催化材料的制备方法中，所述水热反应是在100-110℃进行水热反应8-10h。
6.一种采用如权利要求4或5所述的催化材料的制备方法制备得到的催化材料。
7.一种光催化剂，其特征在于，部分或全部包含如权利要求1或2或3或6所述的催化材料。
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