一种用于光热催化木质素裂解的CdS-SHx光催化剂

本发明属于光热催化材料和环境保护，特别涉及一种用于光热催化木质素降解的cds-shx光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、木质素是自然界中唯一可再生的可再生芳香族资源，其分子中富含c-o键(尤其是β-o-4结构)，是解聚为苯酚、苯乙酮等高值芳香单体的核心位点，木质素的高效裂解转化对发展绿色化学具有重要意义。传统木质素解聚方法存在能耗高、选择性差、产物收率低等问题，光热催化技术因反应条件温和、绿色高效，成为木质素裂解转化的重要研究方向。

2、硫化镉(cds)因具有优异的可见光响应能力，成为木质素光热催化裂解的核心催化剂之一，但单一cds催化剂存在光生电子-空穴对复合速度快、对木质素大分子吸附活化能力弱、c-o键断链效率不足、目标产物选择性低且催化剂易失活等缺陷。本研究以硫化镉作为基底，采用简单的一锅法水热制的cds-shx光催化剂。通过巯基修饰在硫化镉表面，引入巯基可以获得丰富的缺陷位点，该位点可加速电荷转移并促进空间电荷分离。通过负载不同的巯基含量，可以优化cds-shx光催化剂的光热催化性能，使其在光热降解过程中具有更好的活性和稳定性。这项工作对于开发新型光热催化材料及其在降解木质素中的应用具有重要意义，因为使用巯基修饰可以提高光催化剂的稳定性、可重复使用性和效率。

技术实现思路

1、解决的技术问题：本发明针对现有cds催化剂在木质素光热催化裂解中存在的电子-空穴复合快、吸附活化能力弱、产物选择性低、催化剂易失活等问题，提供一种用于光热催化木质素裂解的cds-shx光催化剂及其制备方法和应用，通过巯基的精准修饰实现cds催化性能的全面提升，实现木质素的高效、高选择性裂解转化。

2、技术方案：一种cds-shx光催化剂的制备方法，其特征在于，由cd(no3)2.4h2o、taa和3-巯基丙酸溶液组成，采用一锅法水热合成制得cds-shx光热催化剂，以巯基含量μl计，shx(x＝10、20、40、60)。制备步骤为：(1)将硝酸镉四水合物、柠檬酸三钠置于烧杯中，加入去离子水和乙二醇中，超声后磁力搅拌，得到相液a；(2)在相液a中加入3-巯基丙酸，持续搅拌，得到混合液b；(3)在混合液b中加入硫代乙酰胺，继续搅拌，得到混合液c；(4)将混合液c进行水热反应，反应温度为120℃-180℃，反应时间为2-6h，反应结束后自然冷却至室温，将产物离心分离，依次用去离子水、无水乙醇洗涤各洗涤三次，干燥后得到cds-shx光热催化剂。

3、优选的，cds-shx光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中硝酸镉四水合物加入0.5-2.5mmol、柠檬酸三钠加入0.5-2mmol。

4、优选的，cds-shx光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中shx(x＝10、20、40、60)的加入含量以μl计。

5、优选的，cds-shx光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中硫代乙酰胺加入3.5-6mmol。

6、上述制备方法制得的cds-shx催化剂。

7、上述cds-shx光催化剂，其特征在于，由cd(no3)2·4h2o、taa和shx溶液组成，形成cds-shx光催化剂。

8、上述cds-shx光催化剂在催化降解木质素中的应用。

9、上述cds-shx光催化剂催化降解木质素中的应用，其特征在于，木质素浓度～0.1mol/l，在可见光照射下进行反应，反应温度25℃。

10、有益效果：(1)本发明的cds-shx光热催化剂，通过巯基的化学键合修饰，实现了cds电子结构优化与表面特异性吸附活化位点的精准构建，既有效抑制光生电子-空穴对复合，提升催化剂光热催化活性，又能精准调控木质素c-o键断裂路径，大幅提升目标芳香单体选择性，同时显著降低聚合副产物生成；(2)本发明的制备方法采用一锅法水热合成，工艺简单、操作便捷，原料易得、成本较低，反应条件温和，可通过调控原料比例和水热参数实现巯基的精准修饰，适合工业规模化制备；(3)本发明的cds-shx光催化剂稳定性优异，可循环使用至少5次仍保持良好的催化活性与选择性，解决了传统cds催化剂易失活的问题，大幅降低木质素转化的工业成本；(4)本发明的催化剂应用于木质素光热催化裂解时，反应条件温和，无需苛刻的反应环境，为木质素的高效、高值化利用提供了新的技术方案，符合绿色化学发展需求，具有广阔的工业应用前景。

1.一种cds-shx光催化剂的制备方法，其特征在于，由cd(no3)2.4h2o、taa和3-巯基丙酸溶液组成，采用一锅法水热合成制得cds-shx光催化剂，以巯基含量μ l计，shx(x＝10、20、40、60)。制备步骤为：(1)将硝酸镉四水合物、柠檬酸三钠置于烧杯中，加入去离子水和乙二醇中，超声后磁力搅拌，得到相液a；(2)在相液a中加入3-巯基丙酸，持续搅拌，得到混合液b；(3)在混合液b中加入硫代乙酰胺，继续搅拌，得到混合液c；(4)将混合液c进行水热反应，反应温度为120℃-180℃，反应时间为2-6h，反应结束后自然冷却至室温，将产物离心分离，依次用去离子水、无水乙醇各洗涤三次，干燥后得到cds-shx光热催化剂。

2.根据权利要求1所述cds-shx光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中硝酸镉四水合物加入0.5-2.5mmol、柠檬酸三钠加入0.5-2mmol。

3.根据权利要求1所述cds-shx光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中shx(x＝10、20、40、60)的加入含量以μl计。

4.根据权利要求1所述cds-shx光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中硫代乙酰胺加入3.5-6mmol。

5.权利要求1-4任一所述制备方法制得的cds-shx催化剂。

6.根据权利要求5所述的cds-shx光催化剂，其特征在于，由cd(no3)2.4h2o、taa和shx溶液组成，形成cds-shx光催化剂。

7.权利要求6所述cds-shx光催化剂在催化降解木质素中的应用。

8.根据权利要求7所述cds-shx光催化剂催化降解木质素中的应用，其特征在于，木质素浓度～0.1mol/l，在可见光照射下进行反应，反应温度25℃。