CN113509945A - 一种可见光响应型硫化锌光催化剂的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可见光响应型硫化锌光催化剂的制备方法及其应用，其制备过程：在容器中放入硫氰化钾和氯化锌，使用玻璃棒搅拌后放入马弗炉中分别在200℃和400℃下煅烧2h，即可制备出在可见光下响应的ZnS光催化剂。该催化剂制备方法环保，简单，成本低廉，产品纯净，在可见光下能够很好去除水中有机污染物，该催化剂具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种可见光响应型硫化锌光催化剂的制备方法及其应用。
背景技术
水体污染严重威胁了饮用水安全以及生态环境健康。光催化作为一种环境友好型净化技术，可以在可见或者紫外光下对污染物进行氧化或者还原降解，将有机污染物完全降解为二氧化碳和水，其操作简单，成本低廉的优势，得到了广泛的认可和关注。光催化剂原理就是，当光能等于或者大于半导体材料的带隙能量时，电子从价带(VB)激发到导带(CB)形成光致电子—空穴，电子和空穴与反应物质结合形成相应的自由基，空穴和自由基都有很强的氧化性，能将有机物直接氧化成二氧化碳和水。对于ZnS来说，它的禁带宽度为3.7eV，只能在紫外光下使用，而紫外光只占太阳光的5％，太阳能的利用率低，同时，常规方法制备出的ZnS为紫外光下响应的催化剂材料，要想把ZnS转化为可见光下响应的催化剂，目前除了固溶体、负载、异质结等方法外，没有其他的更好的办法，但这些办法步骤十分复杂。因此，制备可见光响应型ZnS光催化剂，是一项颇具挑战性的研发工作。在已有的报道中，转化ZnS为可见光下响应光催化材料的方法大多数为制备ZnS相关的复合材料，例如马杰等人制备出一种ZnO/ZnS/MoS2光催化复合材料，其在可见光下能够降解污染物(申请公布号：CN111437839)。但是，这种复合材料的制备步骤十分复杂，而且负载型催化剂存在稳定性低的问题，长时间使用组分之间容易发生分离，导致性能大幅度下降。目前尚未有一步法直接制备可见光响应型ZnS的报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种可见光响应型硫化锌光催化剂的制备方法及其应用，通过简单的一步熔盐法，直接获得了可见光响应型ZnS光催化剂。本发明的合成方法简单快捷，成本低，很容易批量制备，具有明显的应用前景。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种可见光响应型硫化锌光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)室温下，向容器中加入质量比为1:10的氯化锌和硫氰化钾，搅拌30s；
步骤2)将容器放入马弗炉中煅烧，所得产物洗涤、离心、干燥，即为所述可见光响应型硫化锌光催化剂。
优选地，步骤2)所述煅烧的反应温度分别为200℃和400℃，并在相应温度下分别煅烧2h。
上述制备方法制得的可见光响应型硫化锌光催化剂在降解废水中有机染料上的应用。
优选地，所述有机染料为罗丹明B。
本发明的有益效果如下：
本发明的可见光响应型ZnS光催化剂材料的制备方法，不用负载，无需采用复杂的步骤和试剂，通过简单的一步熔盐法即可制备出在可见光下响应的ZnS光催化剂材料，制备方法简易，成本低廉，重现性高，在可见光下能够高效地降解罗丹明B(RhB)废水溶液。
附图说明
图1为实施例1制得的不同温度(200℃、400℃)下煅烧的ZnS光催化剂的X射线衍射(XRD)图；
图2为实施例1制得的不同温度(200℃、400℃)下煅烧的ZnS光催化剂的紫外-可见漫反射吸收光谱图；
图3为测试例1中ZnS光催化剂对罗丹明B(RhB)染料废水溶液降解的活性对比图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
一种可见光响应型硫化锌光催化剂的制备方法，具体步骤如下：
准备一个100mL的烧杯。室温下，将4g氯化锌和40g硫氰化钾(按质量比为1:10)加入烧杯中，用玻璃棒搅拌30s。将加入反应物的烧杯放入马弗炉中，设置马弗炉温度分别为200℃和400℃，在相应的温度下分别煅烧2h，所得熔融物经过洗涤、离心、干燥，即为可见光响应型ZnS光催化剂。
本实施例制得的不同温度(200℃、400℃)下煅烧的ZnS光催化剂的X射线衍射(XRD)图如图1所示，分别与ZnS标准卡(PDF#39-1363)进行比较，由图1可知，本实施例制得的产品都是纯相的ZnS光催化剂。
图2为本实施例制得的不同温度(200℃、400℃)下煅烧的ZnS光催化剂的紫外-可见漫反射吸收光谱图，由图2可见，本实施例使用熔盐法制备的200℃和400℃的ZnS均为可见光响应的光催化材料。
测试例1
采用实施例1制得的ZnS光催化剂降解含有罗丹明B(RhB)的废水溶液，测试不同温度下所制备的ZnS的降解RhB废水的性能，具体步骤如下：
称取样品0.1g，分别加入200mL RhB水溶液，其中RhB浓度为7.5mg/L，先避光搅拌30min，使材料对RhB充分吸附。然后开启氙灯光源在可见光(λ≥420nm)光强为100W照射下进行光催化反应，上清液用分光光度计检测。
根据Lambert-Beer定律，有机物特征吸收峰强度的变化，可以定量计算其浓度变化。当吸光物质相同、厚度相同时，可以用吸光度的变化直接表示溶液浓度的变化。因为RhB在554nm处有一个特征吸收峰，所以可以利用吸光度的变化来衡量溶液中RhB的浓度变化。将暗反应前的染料浓度作为初始浓度C0，其他任意时刻的浓度为C。为了消除不同温度下的ZnS的吸附性差异对初始浓度造成的误差，以C/C0作为RhB溶液的相对浓度，即为性能图(图3)的纵坐标。从图3上可以看出实施例1合成的ZnS光催化剂的活性，结果表明ZnS光催化剂能有效催化降解RhB染料废水溶液，并且200℃下煅烧出的ZnS性能是最优的。
Claims (4)
1.一种可见光响应型硫化锌光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)室温下，向容器中加入质量比为1:10的氯化锌和硫氰化钾，搅拌30s；步骤2)将容器放入马弗炉中煅烧，所得产物洗涤、离心、干燥，即为所述可见光响应型硫化锌光催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种可见光响应型硫化锌光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2)所述煅烧的反应温度分别为200℃和400℃，并在相应温度下分别煅烧2h。
3.权利要求2制得的可见光响应型硫化锌光催化剂在降解废水中有机染料上的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述有机染料为罗丹明B。
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