本發(fā)明屬于環(huán)境治理中的光催化技術(shù)領(lǐng)域，涉及Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O化合物作為一種無(wú)定型光催化劑在有機(jī)染料污染物降解中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

以半導(dǎo)體為光催化劑的光催化技術(shù)可在室溫下直接利用太陽(yáng)光將污染物高效地氧化降解。因此，通過(guò)光催化技術(shù)，充分利用太陽(yáng)光來(lái)降解污染物是目前環(huán)境污染治理的一條有利途徑。因紫外光只占太陽(yáng)光總能量的4％左右，而可見(jiàn)光占46％左右，所以利用太陽(yáng)能的關(guān)鍵在于利用太陽(yáng)光中的可見(jiàn)光。因此，可見(jiàn)光響應(yīng)型的光催化劑在當(dāng)今環(huán)境治理領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

絕大多數(shù)光催化劑為晶態(tài)半導(dǎo)體。一般認(rèn)為，無(wú)定型半導(dǎo)體因缺陷位多，在作為光催化劑時(shí)其光生載流子的復(fù)合嚴(yán)重，從而難以表現(xiàn)出光催化性能。近期研究表明，某些無(wú)定型半導(dǎo)體，如無(wú)定型TiO₂和BiVO₄等，摻雜到晶態(tài)半導(dǎo)體以后，能提高晶態(tài)半導(dǎo)體的光催化性能，從而形成一種復(fù)合光催化劑。本身具有光催化性能的無(wú)定型半導(dǎo)體目前極少見(jiàn)諸報(bào)道。

因?yàn)椴缓B(tài)結(jié)構(gòu)，無(wú)定型半導(dǎo)體的制備不涉及產(chǎn)生晶態(tài)結(jié)構(gòu)的高溫焙燒或高溫水熱操作，因此簡(jiǎn)便而節(jié)能，這有利于無(wú)定型光催化劑的大規(guī)模推廣應(yīng)用。無(wú)定型光催化劑的發(fā)展和研究不僅能加深對(duì)光催化作用機(jī)理的理解，而且能促進(jìn)光催化技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。

Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O是一種無(wú)機(jī)化合物，為具有無(wú)定型結(jié)構(gòu)的墨綠色粉末，不溶于水。雖然它的制備方法和組成鑒定早已有文獻(xiàn)報(bào)道，但目前尚未有專利和文獻(xiàn)報(bào)道Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O的應(yīng)用研究，尤其它作為光催化劑的應(yīng)用研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種無(wú)定型光催化劑Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O在環(huán)境治理領(lǐng)域的新應(yīng)用，從而拓寬其應(yīng)用范圍。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種無(wú)定型光催化劑的應(yīng)用，Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O作為光催化劑降解有機(jī)染料污染物，具體應(yīng)用的步驟為：

(1)在室溫(20-25℃)下，用可見(jiàn)光進(jìn)行照射，以有機(jī)染料污染物為底物，以Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O為光催化劑進(jìn)行光催化降解；

(2)Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O光催化劑的活性評(píng)價(jià)：測(cè)定有機(jī)染料污染物的降解速率，以其完全降解所需的時(shí)間來(lái)衡量其活性。

上述的無(wú)定型光催化劑的應(yīng)用，所述的有機(jī)染料污染物優(yōu)選羅丹明B。

上述的無(wú)定型光催化劑的應(yīng)用，所述的可見(jiàn)光的波長(zhǎng)大于420nm。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)目前，絕大多數(shù)光催化劑為晶態(tài)半導(dǎo)體，本身具有光催化性能的無(wú)定型半導(dǎo)體極少見(jiàn)諸報(bào)道。發(fā)明人在研究過(guò)程中，出乎意料地發(fā)現(xiàn)Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O作為一種無(wú)定型半導(dǎo)體，不僅具有光催化作用，而且性能良好，解決了現(xiàn)有光催化劑嚴(yán)重依賴晶態(tài)半導(dǎo)體的問(wèn)題。

(2)本發(fā)明的Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O光催化活性高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其光催化活性明顯高于商用二氧化鈦P25，有效改善了現(xiàn)有光催化劑降解活性低的問(wèn)題。

(3)本發(fā)明的光催化劑Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O由于無(wú)定型，在制備上不需高溫焙燒或高溫水熱處理，制備條件溫和簡(jiǎn)便，能夠顯著節(jié)能，從而其工業(yè)化應(yīng)用前景非常好。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O催化劑的SEM圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O催化劑的EDS結(jié)果。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O催化劑的UV-Vis DRS譜圖圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制備的Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O催化劑的XRD圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例制備的Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O，以及Degussa P25光催化劑降解羅丹明B染料的活性結(jié)果圖。其中，C₀為光催化劑加入前羅丹明B的初始濃度，即8.0mg/L，C為光催化過(guò)程中任一時(shí)刻下羅丹明B的濃度。

具體實(shí)施方式

下面是本發(fā)明Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O應(yīng)用研究的具體實(shí)施例，以下實(shí)施例旨在進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。

實(shí)施例

(1)Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O的制備：

將25mmol偏高碘酸鈉溶于75mL去離子水，然后加入9.8mL的70wt％的HClO₄水溶液。將此溶液連續(xù)攪拌，同時(shí)將30mmol的Na₃Co(CO₃)₃加入。當(dāng)反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂氣體釋放完畢后，再加入20mL的70wt％的HClO₄水溶液。攪拌1h后，將所得混合物過(guò)濾，取生成的墨綠色固體。在80℃下，將墨綠色固體加到200mL去離子水中，使之充分溶解。除去不溶物之后，在所得溶液中加入適量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70％的HClO₄水溶液，使所得溶液的HClO₄濃度保持為2mol/L。將溶液在室溫下靜置24h后，收集析出的墨綠色沉淀。將沉淀分離后，在60℃下干燥12h，即得Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O樣品。

(2)Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O的表征：

從圖1的SEM圖可見(jiàn)，Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O樣品具有2-20um大小的無(wú)規(guī)則形貌。圖2的SEM圖的EDS結(jié)果顯示，樣品的所含原子Co、I、O個(gè)數(shù)比例接近為4:3:27，這說(shuō)明Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O樣品成功制備。從圖3可見(jiàn)，Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O樣品能吸收400-700nm范圍的可見(jiàn)光，說(shuō)明其本質(zhì)是一種半導(dǎo)體。從圖4可見(jiàn)，Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O的XRD圖上沒(méi)有明顯的衍射峰，說(shuō)明是一種典型的無(wú)定型半導(dǎo)體。

(3)Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O作為光催化劑降解染料污染物的活性評(píng)價(jià)：

將所得Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O樣品以羅丹明B為降解底物，進(jìn)行光催化活性評(píng)價(jià)，并將其活性結(jié)果與二氧化鈦商品Degussa P25對(duì)比。

光催化活性測(cè)試方案為：將75mg光催化劑置于100mL濃度為8mg/L的羅丹明B水溶液(盛裝于500mL的敞口燒杯)中，室溫下避光攪拌60min，使染料分子在光催化劑表面達(dá)到吸附–脫附平衡。然后打開(kāi)300W氙燈(PLS-SXE300、北京泊菲萊科技有限公司)，用濾光片濾去波長(zhǎng)低于420nm的光，羅丹明B溶液液面位于氙燈正下方，液面與燈管中心之間的距離為14厘米。分別在不同時(shí)間點(diǎn)取樣，離心分離后取上清液，將上清液稀釋得到試樣。用紫外分光光度計(jì)(TU-1810、北京普析通用儀器有限公司)測(cè)定試樣在553nm處的吸光度，根據(jù)濃度-吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線推算試樣的羅丹明B濃度。

由圖5可見(jiàn)，Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O光催化劑在40min以內(nèi)將羅丹明B完全降解，而Degussa P25在60min時(shí)仍不能完全降解羅丹明B。在60min以內(nèi)的任意時(shí)間點(diǎn)，以Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O為光催化劑降解得到的羅丹明B濃度，均低于以Degussa P25為光催化劑降解得到的濃度。因此，Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O光催化劑的活性明顯高于P25。

以上結(jié)果表明，Co₄I₃O₂₄H₁₅·3H₂O作為一種無(wú)定型半導(dǎo)體，具有較高的光催化性能，進(jìn)一步修正了無(wú)定型半導(dǎo)體因缺陷位多，難以表現(xiàn)光催化性能的偏見(jiàn)，拓寬了光催化技術(shù)的研究范圍。