一種半導(dǎo)體復(fù)合納米材料光催化劑的制備方法及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體復(fù)合納米材料光催化劑的制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明采用溶膠?凝膠法合成介孔二氧化鈦復(fù)合光催化材料，以鈦酸四正丁酯TBOT、Cd(NO3)2·4H2O、Na2S·9H2O為主要原料采用蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝(EISA)的方法一步制備出硫化鎘/二氧化鈦介孔復(fù)合光催化材料。并利用模擬太陽(yáng)光對(duì)所制備出的材料進(jìn)行性能測(cè)試，通過(guò)降解甲基橙、玫瑰紅、雙酚A、孔雀石綠等有機(jī)染料和污染物來(lái)證明該材料超常的光催化性能。循環(huán)五次降解甲基橙后，還能在可見(jiàn)光下展示出一定的光催化活性。該復(fù)合材料屬于無(wú)機(jī)光催化材料，該復(fù)合材料性能穩(wěn)定，光催化活性較高，并且抗化學(xué)和光腐蝕，在光解水、殺菌、制備太陽(yáng)能敏化電池和環(huán)境保護(hù)等方面有重要意義。
【專利說(shuō)明】
一種半導(dǎo)體復(fù)合納米材料光催化劑的制備方法及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光催化復(fù)合材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體復(fù)合納米材料光催化劑的制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)化的粗放式發(fā)展和社會(huì)的迅速發(fā)展，工業(yè)及城市廢棄物排放的增加，水體污染的問(wèn)題日益突出。一些微量的難降解有機(jī)污染如EDCs、POPs、PPCPs等不能夠被常規(guī)傳統(tǒng)的水處理系統(tǒng)有效去除，而二氧化鈦無(wú)毒、性能穩(wěn)定，是一種重要的無(wú)機(jī)材料，其具有較高的折光系數(shù)和穩(wěn)定的物理化學(xué)性能，并且具有抗化學(xué)和光腐蝕、光催化活性高、對(duì)水污染物中有機(jī)物降解無(wú)選擇性、礦化徹底、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，T12被廣泛地用來(lái)光解水、殺菌和制備太陽(yáng)能敏化電池等，特別是在環(huán)境保護(hù)方面，T12作為光催化劑更是展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。該復(fù)合光催化劑在測(cè)試實(shí)驗(yàn)中顯示出優(yōu)異的光催化性能和分離回收重復(fù)利用性能，存在潛在的應(yīng)用價(jià)值，為未來(lái)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用處理廢水作理論鋪墊。
[0003]本發(fā)明通過(guò)對(duì)二氧化鈦中加入硫化鎘量子點(diǎn)，使該復(fù)合材料具有優(yōu)良的光催化性能，制備出綜合性能優(yōu)越的光催化材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體復(fù)合納米材料光催化劑的制備方法及其應(yīng)用，用以滿足解決環(huán)境問(wèn)題的要求。
[0005]本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體制備方法如下:
[0006](I)稱取0.5-2.0g的三嵌段共聚物普朗尼克P123，將其溶解在15ml無(wú)水乙醇中，室溫下攪拌0.5-111，然后超聲處理5-20111；[11;
[0007](2)同時(shí)，在另一燒杯中將2-4ml的濃鹽酸逐滴加到4.0g的鈦酸四正丁酯TBOT溶液中，并加入一定量的Cd(NO3)2.4出0(本實(shí)驗(yàn)包含四組，通過(guò)控制Cd(NO3)2.4Η20的用量，并將其折合成CdO的質(zhì)量，使Cd0/Ti02的質(zhì)量比分別為I %,2%,4%,and 8%),隨后對(duì)應(yīng)加入等摩爾的Na2S.9H20；
[0008](3)P123/Et0H混合溶液攪拌0.5-111后與上述溶液混合，室溫下大力攪拌至少611，將合成的溶膠溶液倒入一個(gè)敞開(kāi)的培養(yǎng)皿中，保持周圍濕度為50%—一60%，于室溫下靜置四周；
[0009 ] (4)待其變?yōu)闈穹勰┖?，?70-220 °C下煅燒4h來(lái)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；
[0010](5)之后研磨，使粉末在乙二胺水溶液中回流48h，溫度保持在100-130°C，PH調(diào)節(jié)在11——12，回流完畢，離心并用去離子水洗滌，將產(chǎn)物在50-70°C干燥12h;
[0011](6)隨后，將所得粉末先研磨，然后在320-360°(:下他中煅燒2-4h使介孔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；
[0012](7)最后在480-520 °C下空氣中煅燒2h來(lái)去除有機(jī)模板并改善結(jié)晶度。
[0013]所述的步驟(2)中按氧化鎘的質(zhì)量算，使CdO/T12的質(zhì)量比分別為I%，2 %，4 %，and 8%oNa2S.9H20的摩爾數(shù)分別與加入的鎘的摩爾數(shù)相等。
[0014]所述的該復(fù)合催化材料顯示出優(yōu)異的光催化性能和分離回收重復(fù)利用性能，可以降解甲基橙、玫瑰紅、雙酚A、孔雀石綠等多種有機(jī)染料和污染物，在模擬太陽(yáng)光下循環(huán)五次降解甲基橙后，還能在可見(jiàn)光下展示出一定的光催化活性。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明從復(fù)合材料的角度出發(fā)，將硫化鎘量子點(diǎn)嵌入到二氧化鈦中，制備出一種復(fù)合光催化材料。這種復(fù)合光催化材料與純二氧化鈦相比，在模擬太陽(yáng)光下具有更強(qiáng)的光催化性能。具有較高的折光系數(shù)和穩(wěn)定的物理化學(xué)性能，并且抗化學(xué)和光腐蝕、光催化活性較高。此外，還有一定的穩(wěn)定性，通過(guò)循環(huán)五次降解甲基橙，其催化效果也沒(méi)有絲毫減弱，循環(huán)三次后，在可見(jiàn)光下仍能降解甲基橙。使因此，該復(fù)合材料在光解水、殺菌和制備太陽(yáng)能敏化電池等方面，特別是在環(huán)境保護(hù)方面，有著廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為降解甲基橙溶液效率圖；
[0017]圖2為2%CdS/Ti02 的 SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019]實(shí)施例1
[0020](I)稱取1.0g的三嵌段共聚物普朗尼克P123，將其溶解在15ml無(wú)水乙醇中，室溫下攪拌0.5h，然后超聲處理I Omin。
[0021 ] (2)同時(shí)，在另一燒杯中將3.2ml的濃鹽酸逐滴加到4.0g的鈦酸四正丁酯TBOT溶液中，并加入0.0225g的Cd(NO3)2.4H20(通過(guò)控制Cd(NO3)2.4H20的用量，并將其折合成CdO的質(zhì)量，使Cd0/Ti02的質(zhì)量比為1%)，隨后加入等摩爾的Na2S.9H20S卩0.0176g。
[0022](3)P123/Et0H混合溶液攪拌0.5h后與上述溶液混合，室溫下大力攪拌至少6h。將合成的溶膠溶液倒入一個(gè)敞開(kāi)的培養(yǎng)皿中，保持周圍濕度為50%—一60%，于室溫下靜置數(shù)周。
[0023](4)待其變?yōu)闈穹勰┖?，?00°C下煅燒4h來(lái)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
[0024](5)之后研磨，使粉末在乙二胺水溶液中回流48h，溫度保持在125°C，PH調(diào)節(jié)在11 一一12?；亓魍戤?，離心并用去離子水洗滌，將產(chǎn)物在60 0C干燥一晚。
[0025](6)隨后，將所得粉末先研磨，然后在350°(:下他中煅燒3h使介孔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
[0026](7)最后在5000C下空氣中煅燒2h來(lái)去除有機(jī)模板并改善結(jié)晶度，即得硫化鎘/二氧化鈦復(fù)合光催化材料。取50mg硫化鎘/ 二氧化鈦CdS/Ti02在模擬太陽(yáng)光下用于降解50ml1PPm的甲基橙溶液，75min后，降解率達(dá)100 %。
[0027]實(shí)施例2
[0028]嵌入硫化鎘量子點(diǎn)的介孔二氧化鈦復(fù)合光催化材料的制備同實(shí)施例1中步驟，步驟(2)中加入0.0451g的Cd(NO3)2.4H20(使制得的Cd0/Ti02的質(zhì)量比為2%)和0.0351g的Na2S.9H20，制備出硫化鎘/二氧化鈦CdS/Ti02復(fù)合材料。取50mg硫化鎘/二氧化鈦CdS/Ti02在模擬太陽(yáng)光下用于降解50ml 1PPm的甲基橙溶液，30min后，降解率達(dá)100%。
[0029]實(shí)施例3
[0030]嵌入硫化鎘量子點(diǎn)的介孔二氧化鈦復(fù)合光催化材料的制備同實(shí)施例1中步驟，步驟(2)中加入0.0902g的Cd(NO3)2.4H20(使制得的Cd0/Ti02的質(zhì)量比為4%)和0.0702g的Na2S.9H20，制備出硫化鎘/二氧化鈦CdS/Ti02復(fù)合材料。取50mg硫化鎘/二氧化鈦CdS/Ti02在模擬太陽(yáng)光下用于降解50ml 1PPm的甲基橙溶液，60min后，降解率達(dá)100%。
[0031 ] 實(shí)施例4
[0032]嵌入硫化鎘量子點(diǎn)的介孔二氧化鈦復(fù)合光催化材料的制備同實(shí)施例1中步驟，步驟(2)中加入0.1804g的Cd(NO3)2.4H20(使制得的Cd0/Ti02的質(zhì)量比為8%)和0.1404g的Na2S.9H20，制備出硫化鎘/二氧化鈦CdS/Ti02復(fù)合材料。取50mg硫化鎘/二氧化鈦CdS/Ti02在模擬太陽(yáng)光下用于降解50ml 1PPm的甲基橙溶液，65min后，降解率達(dá)100%。
[0033]由圖1可見(jiàn)在四組平行試驗(yàn)中，當(dāng)加入的鎘含量折合成氧化鎘使Cd0/Ti02的質(zhì)量比為2%時(shí)，該復(fù)合材料的催化性能最好。
[0034]50mg該催化劑降解50ml 5mg/L的亞甲基藍(lán)15min降解率達(dá)100%。
[0035]50mg該催化劑降解50ml 1ppm的玫瑰紅30min降解率達(dá)100%。
[0036]50mg該催化劑降解50ml 1ppm的雙酸A 75min降解率達(dá)100%。
[0037]50mg該催化劑降解50ml 20ppm的孔雀石綠15min降解率達(dá)100%。
[0038]50mg該催化劑降解50ml 1ppm的甲基橙，經(jīng)過(guò)五次循環(huán)后，降解率仍能在30min時(shí)達(dá)10^jOmg三次循環(huán)后的該催化劑在可見(jiàn)光下降解50ml 1PPm的甲基橙溶液，60min后，降解率達(dá)100 %。
[0039]圖2是2% CdS/T12的SEM圖，由圖可清楚看到所制備的樣品為蜂窩狀，也就是說(shuō)所制備的樣品為多孔納米結(jié)構(gòu)，正是因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)，在降解污染物時(shí)才能更好地與被降解物充分接觸，有助于進(jìn)行充分的光催化氧化還原反應(yīng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體復(fù)合納米材料光催化劑的制備方法，其特征在于該復(fù)合光催化材料的制備包含以下步驟: (1)稱取0.5-2.0g的三嵌段共聚物普朗尼克P123，將其溶解在15ml無(wú)水乙醇中，室溫下攪拌0.5-lh，然后超聲處理5_20min ； (2)同時(shí)，在另一燒杯中將2-4ml的濃鹽酸逐滴加到4.0g的鈦酸四正丁酯TBOT溶液中，并加入一定量的Cd(NO3)2.4H20，隨后對(duì)應(yīng)加入等摩爾的Na2S.9H20； (3)P123/Et0H混合溶液攪拌0.5-111后與上述溶液混合，室溫下大力攪拌至少611，將合成的溶膠溶液倒入一個(gè)敞開(kāi)的培養(yǎng)皿中，保持周圍濕度為50%—一60%，于室溫下靜置四周； (4)待其變?yōu)闈穹勰┖?，?70-2200C下煅燒4h來(lái)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)； (5)之后研磨，使粉末在乙二胺水溶液中回流48h，溫度保持在100-130°C，PH調(diào)節(jié)在11——12，回流完畢，離心并用去離子水洗滌，將產(chǎn)物在50-70°C干燥12h; (6)隨后，將所得粉末先研磨，然后在320-360°C下他中煅燒2-4h使介孔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定； (7)最后在480-5200C下空氣中煅燒2h來(lái)去除有機(jī)模板并改善結(jié)晶度。2.根據(jù)權(quán)利要求1一種半導(dǎo)體復(fù)合納米材料光催化劑的制備方法，其特征在于:所述的步驟(2)中按氧化鎘的質(zhì)量算，使Cd0/Ti02的質(zhì)量比分別為1%，2% ,4% ,and 8%0Na2S.9 H 2 O的摩爾數(shù)分別與加入的鎘的摩爾數(shù)相等。3.—種權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體復(fù)合納米材料光催化劑的制備方法的應(yīng)用，其特征在于:所述的該復(fù)合催化材料顯示出優(yōu)異的光催化性能和分離回收重復(fù)利用性能，可以降解甲基橙、玫瑰紅、雙酚A、孔雀石綠等多種有機(jī)染料和污染物，在模擬太陽(yáng)光下循環(huán)五次降解甲基橙后，還能在可見(jiàn)光下展示出一定的光催化活性。
【文檔編號(hào)】C02F1/32GK106040262SQ201610344761
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】楊豪博, 周盼盼, 王志偉, 黃歡, 賀艷香, 伍捷, 吳繼馬, 謝宇
【申請(qǐng)人】南昌航空大學(xué)