本發(fā)明涉及一種硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料及其利用近紅外光于催化降解氨氮中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

利用太陽(yáng)能解決環(huán)境能源問(wèn)題，起源于1972年Fujishima利用TiO₂光電極電解水制氫，隨后Carey在1976年報(bào)道了利用TiO₂光催化氧化消除多氯二酚的毒性，從此，利用太陽(yáng)能降解環(huán)境污染物的研究迅速成為人們研究的熱點(diǎn)。但是，TiO₂只能利用占太陽(yáng)能4％左右的紫外光，對(duì)TiO₂進(jìn)行摻雜及開(kāi)發(fā)Fe₂O₃、WO₃、Bi₂WO₆等新型催化劑，雖然部分解決了對(duì)可見(jiàn)光的利用問(wèn)題，但是占太陽(yáng)能近50％的紅外光尚需開(kāi)發(fā)利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種硫化鉍協(xié)同氮雜石墨烯于近紅外光脫氮中的應(yīng)用，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料于近紅外光光照條件下光催化降解氨氮中的用途。

進(jìn)一步的，所述硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料包括氮雜石墨烯和1wt％～10wt％硫化鉍顆粒，所述硫化鉍分布于所述氮雜石墨烯表面和/或所述氮雜石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)中。

進(jìn)一步的，所述硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料的比表面積為10-80m²/g。

進(jìn)一步的，所述硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料的粒徑為1.0-20nm，相鄰硫化鉍層間距為0.54-0.84nm。

在一些實(shí)施方案中，所述氨氮包括NH₃和/或NH₄⁺，但不限于此。

在一些實(shí)施方案中，所述近紅外光的波長(zhǎng)范圍為780-2500nm。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種氨氮凈化方法，其包括：將硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料加入含有氨氮的液相體系，并以近紅外光光照所述液相體系，使所述氨氮被光催化降解為N₂和H₂O。

在些實(shí)施方案中，所述硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料與氨氮的質(zhì)量比為100mg:5-50mg。

進(jìn)一步的，將含有氨氮的液相待測(cè)樣品與硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料混合置入避光反應(yīng)器中，并在所述避光反應(yīng)器的光照窗口處設(shè)置僅可使近紅外光通過(guò)的濾光片，之后以光源照射所述避光反應(yīng)器，使其中的氨氮被光催化降解為N₂和H₂O。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括：本發(fā)明的硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料催化降解氨氮的方法，利用近紅外光光將氨氮降解為N₂和H₂O，無(wú)需添加多余的氧化劑，從而降低了成本，且所述催化劑重復(fù)催化降解氨氮5-10次后，所述氨氮的降解率仍>92％。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中制得的硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料(NG-Bi₂S₃)氨氮降解率隨時(shí)間的變化曲線圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中制得的硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料(NG-Bi₂S₃)重復(fù)7次后氨氮降解率的曲線圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。這些優(yōu)選實(shí)施方式的示例在附圖中進(jìn)行了例示。附圖中所示和根據(jù)附圖描述的本發(fā)明的實(shí)施方式僅僅是示例性的，并且本發(fā)明并不限于這些實(shí)施方式。

在此，還需要說(shuō)明的是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料于近紅外光光照條件下光催化降解氨氮中的用途。

進(jìn)一步的，所述硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料包括氮雜石墨烯和1wt％～10wt％硫化鉍顆粒，所述硫化鉍分布于所述氮雜石墨烯表面和/或所述氮雜石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)中。

進(jìn)一步的，所述硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料的比表面積為10-80m²/g。

進(jìn)一步的，所述硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料的粒徑為1.0-20nm，相鄰硫化鉍層間距為0.54-0.84nm。

在一些實(shí)施方案中，所述氨氮包括NH₃和/或NH₄⁺，但不限于此。

在一些實(shí)施方案中，所述近紅外光的波長(zhǎng)范圍為780-2500nm。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種氨氮凈化方法，其包括：將硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料加入含有氨氮的液相體系，并以近紅外光光照所述液相體系，使所述氨氮被光催化降解為N₂和H₂O。

在些實(shí)施方案中，所述硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料與氨氮的質(zhì)量比為100mg:5-50mg。

進(jìn)一步的，將含有氨氮的液相待測(cè)樣品與硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料混合置入避光反應(yīng)器中，并在所述避光反應(yīng)器的光照窗口處設(shè)置僅可使近紅外光通過(guò)的濾光片，之后以光源照射所述避光反應(yīng)器，使其中的氨氮被光催化降解為N₂和H₂O。

在一較為優(yōu)選的實(shí)施方案中，一種氨氮凈化方法具體包括：

(1)提供光反應(yīng)器及濾光片，以保證只有近紅外光輻射進(jìn)入光反應(yīng)器；

(2)向步驟(1)中的光反應(yīng)器中加入待測(cè)樣品及硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料，蓋上濾光片，再置于光源下光照，測(cè)得不同時(shí)間段所述待測(cè)樣品在可見(jiàn)光波段的吸光值；

(3)根據(jù)公式：氨氮降解率＝(1-C_i/C₀)×100％＝(1-A_i/A₀)×100％計(jì)算出氨氮的降解率。

進(jìn)一步的，測(cè)得所述待測(cè)樣品在554nm處的吸光值。

進(jìn)一步的，所述硫化鉍復(fù)合氮雜石墨烯材料重復(fù)催化降解氨氮5-10次后，氨氮的降解率仍>90％。

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)作進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。

實(shí)施例1

(1)NG-Bi₂S₃的制備：稱取0.6g硝酸鉍溶于20mL去離子水中，之后稱取0.2g硫脲溶于20mL去離子水中并與硝酸鉍溶液混合均勻，之后采用1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)混合液的pH值為10.0,再加入0.01g氮雜石墨烯,將混合溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中，在150℃條件下反應(yīng)8h，冷卻至室溫，過(guò)濾洗滌后制得所述NG-Bi₂S₃

(2)光催化實(shí)驗(yàn)：用錫箔紙將一個(gè)100ml燒杯的杯壁包住，以避免紫外光和可見(jiàn)光進(jìn)入反應(yīng)體系，用λ>780nm截止型濾光片覆蓋在燒杯口上，以保證只有近紅外光輻射進(jìn)入光反應(yīng)器，將300W紫外-可見(jiàn)光燈置于反應(yīng)器上方。燒杯中加入一定濃度的氨氮溶液，用NaHCO₃-Na₂CO₃(0.1mol/L)緩沖溶液調(diào)節(jié)pH值，向燒杯中加入一定量的催化劑，置于光源下，磁力攪拌器攪拌，每隔一小時(shí)測(cè)定剩余氨氮溶液的吸光度。取1ml氨氮溶液，加1.5ml納氏試劑，1ml酒石酸鉀鈉溶液稀釋至50ml，用T1901紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定388nm處的吸光度，以此計(jì)算氨氮的降解率。

氨氮降解率＝(1－C_i/C₀)×100％＝(1－A_i/A₀)×100％

式中，C₀為氨氮的初始濃度，A₀為初始溶液的吸光度，C_i為剩余氨氮的濃度，A_i為剩余氨氮的吸光度。

參見(jiàn)圖1，光催化降解8h后，氨氮的降解率為90％。

(4)催化劑穩(wěn)定性：通過(guò)多次循環(huán)實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)雜化催化劑的穩(wěn)定性。NG-Bi₂S₃催化劑在近紅外光輻射下連續(xù)7次催化降解氨氮的降解率。每一次實(shí)驗(yàn)持續(xù)8h，在每一次降解結(jié)束后，通過(guò)離心分離、去離子水洗滌得到催化劑，然后再繼續(xù)循環(huán)使用該催化劑。參見(jiàn)圖2所示，在NG-Bi₂S₃催化劑光催化降解氨氮7次循環(huán)降解后，氨氮去除率仍在92％以上。

應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。