專利名稱：光催化劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境治理中的光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種具有規(guī)則的納米空心長方體形貌的催化劑CdSnO3 · 3H20及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
有機(jī)芳香化合物(VOCs)被廣泛地用于工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，而這廣闊的用途會(huì)導(dǎo)致水和空氣的污染，尤其是室內(nèi)的空氣污染。據(jù)報(bào)道VOCs中的苯化合物對人體具有高致癌性，因此利用光催化技術(shù)消除苯，引起研究者們的廣泛關(guān)注。其中，傳統(tǒng)催化劑TiO2以其價(jià)廉、無毒、催化性能好等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛關(guān)注。但是由于TiO2在降解苯的反應(yīng)過程中，TiO2的表面容易發(fā)生積碳現(xiàn)象導(dǎo)致催化劑的失活。針對這一難題國內(nèi)外學(xué)者做了大量的工作，其 中的一個(gè)方法是貴金屬的負(fù)載，而該方法由于用到昂貴的貴金屬而阻礙了該技術(shù)的推廣；另外一個(gè)方法是優(yōu)化光催化反應(yīng)條件，例如增加反應(yīng)體系的溫度和在反應(yīng)體系中通入一定量的水蒸氣或氫氣，這些措施極大的提高了光催化反應(yīng)的效率、阻礙了 TiO2表面的積碳現(xiàn)象。然而優(yōu)化光催化反應(yīng)條件的工序比較復(fù)雜同樣不利于大規(guī)模的推廣。因此開發(fā)一種對苯污染物具有高效降解能力的非TiO2光催化劑勢在必行。另外據(jù)報(bào)道，具有規(guī)則形貌的納米材料在眾多領(lǐng)域里都表現(xiàn)出更加優(yōu)秀的性能，這些領(lǐng)域包括光發(fā)射元件，太陽能電池，生物傳感，光催化等。因此在開發(fā)高性能或獨(dú)特功能材料的過程中，設(shè)計(jì)它的形貌是一個(gè)關(guān)鍵的因素。到目前為止，模板合成法在構(gòu)造不同形貌材料的研究中是一種傳統(tǒng)有利的方法。通過這種方法制備了材料的多種不同形貌，例如納米片，納米棒，納米立方體，納米管等。然而，在制備這些具有特殊形貌材料的過程中，除去所加入的模板劑是非常必要的，但是大多數(shù)的模板劑不僅除去困難而且毒性大，所以不能大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。因此設(shè)計(jì)和發(fā)展一種無模板方法去合成具有特殊形貌的材料仍舊是一個(gè)挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有規(guī)則的納米空心長方體形貌的催化劑CdSnO3 · 3H20及其制備方法和應(yīng)用。擬解決傳統(tǒng)催化劑TiO2在降解氣相有機(jī)芳香化合物(VOCs)污染物時(shí)效率低下、容易失活等問題。首次將CdSnO3 · 3H20應(yīng)用于光催化領(lǐng)域；本發(fā)明在沒有加入任何模板劑的條件下，采用高效便捷的微波水熱法合成具有納米空心長方體形貌的CdSnO3 · 3H20，得到的產(chǎn)品具有高效氣相降解苯的活性，本發(fā)明制備方法簡單，原料廉價(jià)易得，無需模板、反應(yīng)條件溫和，有利于大規(guī)模推廣。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種光催化劑CdSnO3 · 3H20具有規(guī)則的納米空心長方體形貌。一種如上所述的光催化劑CdSnO3 ·3Η20的制備方法為無模板微波水熱法。將等量的可溶性鎘鹽和可溶性錫酸鹽放入燒杯中，向燒杯加入蒸餾水，在室溫下劇烈攪拌l_2h，形成均勻的白色懸濁液，然后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的氨水調(diào)節(jié)pH值為11，轉(zhuǎn)入微波反應(yīng)釜中，在微波消解儀中保持100-250°C反應(yīng)O. 1-3 h，冷卻后，產(chǎn)物經(jīng)過離心，洗滌和烘干即得到所述的光催化劑。一種如上所述的光催化劑CdSnO3 · 3H20的應(yīng)用于氣相降解有機(jī)污染物。例如室內(nèi)空氣凈化，工業(yè)廢氣處理等。本發(fā)明在沒有加入任何模板劑的條件下，采用高效的微波水熱合成法制備出邊長范圍為30-50 nm的納米空心長方體的CdSnO3 · 3H20光催化劑。本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于
(I)本發(fā)明首次將CdSnO3 · 3H20應(yīng)用于光催化領(lǐng)域，其禁帶寬度較大，具有較強(qiáng)的氧化 還原能力，是一種新型的光催化劑，能夠高效的降解空氣中的有機(jī)污染物。(2)本發(fā)明采用微波水熱法，在沒有加入任何模板劑的條件下，合成具有納米空心長方體形貌的CdSnO3 · 3H20光催化劑，與常規(guī)的模板法相比，不僅節(jié)省了成本，而且克服了制備后期去除模板劑的困難，有利于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。(3)本發(fā)明制備的具有納米空心長方體形貌的光催化劑，是一種具有強(qiáng)氧化還原能力的寬帶隙新型光催化劑，將其應(yīng)用于光催化領(lǐng)域，能高效地降解空氣中的有機(jī)污染物，同時(shí)具有良好的活性穩(wěn)定性，具有很高的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景。


圖I是本發(fā)明CdSnO3 · 3H20的X射線衍射(XRD)圖。圖2是本發(fā)明CdSnO3 · 3H20的紫外可見漫反射(DRS)圖。圖3是本發(fā)明CdSnO3 ·3Η20光催化劑與傳統(tǒng)催化劑Ρ25對氣相苯的光催化降解情況。圖4是本發(fā)明CdSnO3 · 3Η20的透射電鏡圖(a)和高分辯透射電鏡圖(b)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的制備步驟如下
將等摩爾量的原料CdCl2 ·2. 5Η20和Na2SnO3 ·4Η20放入燒杯，向燒杯加入60 ml的蒸餾水，在室溫下劇烈攪拌30 min,形成均勻的白色懸濁液,然后用5%的氨水將上述濁液的pH調(diào)節(jié)為11，將濁液一并轉(zhuǎn)入100 ml的微波反應(yīng)釜中，在微波消解儀中保持160 1條件下反應(yīng)2 h，冷卻后，產(chǎn)物經(jīng)過離心和洗滌，在60 1烘箱將產(chǎn)品烘干，即得到所述光催化劑。實(shí)施例I
具有納米空心長方體形貌的CdSnO3 · 3H20光催化劑的制備
將等摩爾量的原料CdCl2 ·2. 5Η20和Na2SnO3 ·4Η20放入燒杯，向燒杯加入60 ml的蒸餾水，在室溫下劇烈攪拌30 min,形成均勻的白色懸濁液,然后用5%的氨水將上述濁液的pH調(diào)節(jié)為11，將濁液一并轉(zhuǎn)入100 ml的微波反應(yīng)釜中，在微波消解儀中保持160 1條件下反應(yīng)2 h，冷卻后，產(chǎn)物經(jīng)過離心和洗滌，在60 °C烘箱將產(chǎn)品烘干，即得到所述光催化劑。圖I展示了本發(fā)明的CdSnO3 ·3Η20光催化劑的X射線衍射(XRD)圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)所制備的CdSnO3 · 3Η20為純相。圖2展示了本發(fā)明的CdSnO3 · 3Η20光催化劑的紫外可見漫反射圖，從圖中可以觀察到CdSnO3 · 3Η20的吸收帶邊為260 nm，通過計(jì)算得到其禁帶寬度約為4. 8eV，是一種寬帶隙半導(dǎo)體，具有較強(qiáng)的氧化還原能力。因此，CdSnO3 · 3H20在處理空氣中的污染物方面是一個(gè)很有潛力的光催化劑。實(shí)施例2
具有納米空心長 方體形貌的CdSnO3 · 3H20光催化劑氣相降解苯將制備的催化劑用于降解氣相苯，來評價(jià)其光催化性能。反應(yīng)裝置由一根石英玻璃管(長11 cm，直徑2. 4 mm)，催化劑用量O. 3 g，過篩50-70目，將催化劑裝填在石英管內(nèi)，用石英棉分別添堵在催化劑的兩端，同時(shí)將K型熱電偶伸入催化劑反應(yīng)管內(nèi)探測體系的溫度，利用電風(fēng)扇鼓風(fēng)為體系降溫，使得體系的溫度始終維持在室溫左右，氣流速率為20mL/min，光源用4盞4 W的紫外燈，其主要激發(fā)波長為254 nm。反應(yīng)物和產(chǎn)物由在線色譜(HP6890，Porapak R填充柱，T⑶，F(xiàn)ID)每隔一定的時(shí)間自動(dòng)取樣，模擬污染物苯和產(chǎn)物二氧化碳的濃度采用外標(biāo)法來確定。比較CdSnO3 · 3H20和傳統(tǒng)催化劑P25的光催化活性，考察二者對氣相苯的降解情況如圖3所示。由圖可知，二者對苯的轉(zhuǎn)化率大約都在12. 5%左右，而CdSnO3 · 3H20對苯的礦化率卻高達(dá)67%遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于P25對苯的礦化率(33%)。另外，CdSnO3 · 3H20在反應(yīng)1500 min后對苯的轉(zhuǎn)化率和礦化率基本維持不變，而P25對苯的轉(zhuǎn)化率和礦化率逐漸降低。因此，CdSnO3 · 3H20具有高效穩(wěn)定的光催化降解性能。文中苯的轉(zhuǎn)化率和礦化率由下面公式計(jì)算得到
轉(zhuǎn)化率=([C6H6I 轉(zhuǎn)化 / [C6H6] _) *100 ;
礦化率=([CO2]產(chǎn)生/6* [C6H6]轉(zhuǎn)化)*100。實(shí)施例3
在沒有添加任何模板劑的條件下，采用微波水熱法制備的CdSnO3 · 3H20的透射電鏡圖如圖4所示，從圖4-a中可以看出樣品是具有規(guī)則的納米空心長方體的形貌，其邊長約為30-50 nm。圖4_b給出了 CdSnO3 · 3H20的高分辨透射電鏡圖，從中可以清晰地觀察到晶格條紋，其條紋間距d=0. 39 nm,與CdSnO3 · 3H20的XRD譜圖中最強(qiáng)衍射峰對應(yīng)的(200)晶面的晶面間距相符。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.ー種光催化劑CdSnO3 · 3H20，其特征在于所述的光催化劑CdSnO3 · 3H20具有規(guī)則的納米空心長方體形貌。
2.一種如權(quán)利要求I所述的光催化劑CdSnO3 · 3H20的制備方法，其特征在于所述的制備方法為無模板微波水熱法。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光催化劑CdSnO3· 3H20的制備方法，其特征在于將等量的可溶性鎘鹽和可溶性錫酸鹽放入燒杯中，向燒杯加入蒸餾水，在室溫下劇烈攪拌l_2h，形成均勻的白色懸濁液，然后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的氨水調(diào)節(jié)pH值為11，轉(zhuǎn)入微波反應(yīng)釜中，在微波消解儀中保持100-250°C反應(yīng)O. 1-3 h，冷卻后，產(chǎn)物經(jīng)過離心，洗滌和烘干即得到所述的光催化劑。
4.一種如權(quán)利要求I所述的光催化劑CdSnO3 · 3H20的應(yīng)用，其特征在于所述的光催化劑用于氣相降解有機(jī)污染物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有納米空心長方體形貌的CdSnO3·3H2O的制備方法及其在光催化方面的應(yīng)用，屬于環(huán)境治理中的光催化技術(shù)領(lǐng)域。擬解決傳統(tǒng)催化劑TiO2在降解氣相有機(jī)芳香化合物(VOCs)污染物時(shí)效率低下、容易失活等問題。首次將CdSnO3·3H2O應(yīng)用于光催化領(lǐng)域；本發(fā)明在沒有加入任何模板劑的條件下，采用高效便捷的微波水熱法合成具有納米空心長方體形貌的CdSnO3·3H2O，得到的產(chǎn)品具有高效氣相降解苯的活性，本發(fā)明制備方法簡單，原料廉價(jià)易得，有利于大規(guī)模推廣。
文檔編號B01D53/72GK102698732SQ20121017777
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者付賢智, 劉國棟, 吳棱, 戴文新, 梁詩景, 陳旬 申請人:福州大學(xué)