光催化復(fù)合薄膜、制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)材料領(lǐng)域，特別涉及一種基于玻璃纖維濾膜載體的Pr3+ = Y2S15/1102光催化復(fù)合薄膜、制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]納米T12，在各種光催化劑迄今報(bào)道中，因其具有高光催化活性、高穩(wěn)定性、低成本、無毒等特點(diǎn)，是最廣泛使用的光催化劑。T12作為光催化劑，被廣泛用于處理各種廢水。但是T12只能吸收波長λ <387nm的紫外光輻射激發(fā)下，才能具有光催化氧化還原的能力，在日光下催化活性很低。這是因?yàn)門12的帶系較寬，可以利用激發(fā)光源僅限于短波長，頻率高的紫外波段。可是太陽光中紫外線僅占3% — 5%，導(dǎo)致T12對(duì)太陽光的利用率很低。為了有效地利用太陽光，對(duì)二氧化鈦的改性，如摻雜各種過渡金屬陽離子和陰離子、表面光敏化、以及上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料復(fù)合等具有了廣泛的研宄，以延長其光吸收可見光區(qū)域。
[0003]上轉(zhuǎn)換發(fā)光即是反斯托克斯發(fā)光，其最大的特點(diǎn)就是利用長波長、頻率低的光照射激發(fā)出短波長、頻率高的光。稀土離子摻雜的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料一直是人們研宄的熱點(diǎn)內(nèi)容，被廣泛用于生物、醫(yī)藥、光學(xué)等領(lǐng)域。
[0004]文獻(xiàn)I (孫懷宇，房威.々8-1102薄膜的制備與光催化性能研宄[J].應(yīng)用化工，2014, 01:68-74.)中報(bào)道了采用鈦酸丁酯為前驅(qū)體，利用溶膠凝膠法制備出Ag摻雜改性的Ti02薄膜，并且在紫外燈照射下，對(duì)甲基橙具有較高的降解效果。
[0005]文獻(xiàn) 2 (Ye, Quan-Lin, Xuxin Yang, Congling Li and Zhengquan L1.Synthesis ofUV/NIR Photocatalysts by Coating T12Shell on Peanut-Like YF3: Yb, Tm Upconvers1nNanocrystals [J].Materials Letters, 106, (2013): 238-241.)報(bào)道了一種以 YF3:Yb, Tm 為核心體，以打02為殼層的復(fù)合光催化劑，其核心的YF3: Yb，Tm將近紅外光轉(zhuǎn)變成紫外光以提供給外殼T12利用，具有很高的光催化活性。
[0006]文獻(xiàn) 3 (Wang, Jun, Fu-Yu Wen, Zhao-Hong Zhang.1nvestigat1n on Degradat1nof Dyestuff Wastewater Using Visible Light in the Presence of a NovelNano T12Catalyst Doped with Upconvers1n Luminescence Agent[J].Journal ofPhotochemistry and Photob1logy A: Chemistry 180，N0.1-2 (2006): 189-195.)報(bào)道了利用高溫固相法制備出40CdF2.60BaF2.1.0Er2O3摻雜納米金紅石型T1 2復(fù)合光催化劑，表現(xiàn)出較高的降解染料廢水的能力。
[0007]上述文獻(xiàn)所報(bào)道的合成方法及應(yīng)用存在以下缺陷:
[0008](I)如文獻(xiàn)I中制備出的Ag-TiCV薄膜，只能在紫外燈下才能對(duì)污染物具有較好的降解效果，并且摻雜的銀價(jià)格昂貴。
[0009](2)如文獻(xiàn)2、3中對(duì)二氧化鈦的光催化研宄都是將其以粉末懸浮態(tài)的形式分散在溶液中進(jìn)行的，后處理懸浮納米催化劑和回收利用都非常耗能，不能夠循環(huán)利用；并且光線穿透懸浮液很有限，直接導(dǎo)致降解效果顯著下降。
[0010](3)如文獻(xiàn)2、3中以粉末懸浮態(tài)的形式分散在廢液中進(jìn)行，而在大規(guī)模的懸浮器中操作具有很大的局限性，并且粉末易于團(tuán)聚沉降不利于光催化降解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供一種基于玻璃纖維濾膜載體的Pr3+:Y2Si05/Ti02光催化復(fù)合薄膜及其制備方法。該復(fù)合薄膜是利用S12S材料的玻璃纖維膜與硅酸釔(Y2S15)在附著強(qiáng)度和附著率上的強(qiáng)化作用，以及玻璃纖維濾膜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，一方面使得Pr3+:Y2Si05/Ti02復(fù)合材料附載更充分，另一方面污染溶液也可順利進(jìn)入和穿透濾膜，促進(jìn)了污染物與復(fù)合薄膜的充分接觸。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0013]一種基于玻璃纖維濾膜載體的Pr3+:Y2Si05/Ti02*催化復(fù)合薄膜，以玻璃纖維濾膜為載體，所述載體上均勻負(fù)載納米T1jPPr3+ = Y2S15粒子，其中，納米T1jPPr3+ = Y2S15S子的質(zhì)量比25:1 ;Pr離子在Pr3+:Y2Si05中摩爾含量為1%。
[0014]上述基于玻璃纖維濾膜載體的Pr3+: Y2Si05/Ti02*催化復(fù)合薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0015](I)采用溶膠-凝膠法制備Pr3+ = Y2S15粒子；
[0016](2)采用溶膠凝膠法制備二氧化鈦溶膠；
[0017](3)將玻璃纖維濾膜在400-500°C下焙燒2_3h ;然后在2wt%? 3wt% HF中浸泡2_3min ；
[0018](4)將步驟⑴中的Pr3+ = Y2S1^子加入到步驟⑵中的二氧化鈦溶膠中，超聲震蕩使之均勻分散，采用浸漬提拉法鍍膜；最后將濕膜以不高于3°C /min的升溫速度，在450-550°C焙燒2-4h后制得所述復(fù)合薄膜。
[0019]上述步驟(2)中，二氧化鈦溶膠的制備步驟如下:以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，將其溶于總無水乙醇體積2V/3的無水乙醇中，加入水解抑制劑乙酰丙酮，在強(qiáng)烈攪拌下滴加ΗΝ03、H2O以及剩下1V/3的無水乙醇；其中，鈦酸四丁酯、無水乙醇、去離子水、硝酸、乙酰丙酮的物質(zhì)的量之比為:1:18:2:0.2:0.5。
[0020]本發(fā)明還提供了上述步驟制備的Pr3+:Y2Si05/Ti02*催化復(fù)合薄膜在降解水中有機(jī)物中的應(yīng)用。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，其有益效果是:
[0022](I)本發(fā)明制備的復(fù)合薄膜是利用玻璃纖維與Pr3+ = Y2S1^生的協(xié)同作用，提高了材料的光催化性能，玻璃纖維膜促進(jìn)了材料的光催化性能。
[0023](2)本發(fā)明制備的復(fù)合薄膜具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠有效利用？1*3+:￥25105與納米T12光催化劑各自優(yōu)點(diǎn)，能夠可見光下進(jìn)行光催化降解，節(jié)省能源。
[0024](3)本發(fā)明制備的復(fù)合薄膜與基體結(jié)合強(qiáng)度適中，在反復(fù)光催化使用過程中其質(zhì)量沒有明顯變化，具有很好的重復(fù)使用性。
[0025](4)本發(fā)明制備出的材料為薄膜，在反應(yīng)過程中自身不會(huì)產(chǎn)生二次污染，并且后處理簡單易行，能源消耗低。
[0026](5)本發(fā)明所選用的合成步驟簡單，易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的以玻璃纖維濾膜為載體的Pr3+:Y2Si05/Ti02光催化復(fù)合薄膜宏觀形貌圖。
[0028]圖2為本發(fā)明的1% (11101)?1'3+:￥25105粉體熒光發(fā)射光譜圖。
[0029]圖3為本發(fā)明的1% (mol)Pr3+:Y2Si05粉體掃描電鏡圖。
[0030]圖4為本發(fā)明的以玻璃纖維濾膜為載體的Pr3+:Y2Si05/Ti02光催化復(fù)合薄膜的XRD圖譜。
[0031]圖5為實(shí)施例1中，復(fù)合薄膜中Pr3+ = Y2S15與納米T1j催劑的最佳比例圖。
[0032]圖6為本發(fā)明的以玻璃纖維濾膜為載體的Pr3+:Y2Si05/Ti02光催化復(fù)合薄膜掃描電鏡圖；其中，a為空白的玻璃纖維濾膜，b為涂覆純納米二氧化鈦后，c為涂覆復(fù)合材料Pr3+:Y2Si05/Ti02后，d為復(fù)合材料重復(fù)使用降解硝基苯3次后。
[0033]圖7為本發(fā)明的復(fù)合薄膜和純二氧化鈦膜對(duì)硝基苯的光催化降解率隨時(shí)間變化曲線的對(duì)比。
[0034]圖8為本發(fā)明的以薄膜纖維濾膜為載體的復(fù)合薄膜和純二氧化鈦薄膜重復(fù)使用對(duì)光催化降解效率的影響。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步闡述。
[0036]( 一)Pr3+:Y2Si05/Ti0j催化復(fù)合薄膜的制備
[0037]本發(fā)明提供了一種復(fù)合薄膜光催化劑在環(huán)境治理領(lǐng)域的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)其在可見光下對(duì)難降解有機(jī)污染物具有較強(qiáng)的降解能力。
[0038]( 二)材料性能表征測試
[0039]利用XRD、FS、SEM等對(duì)材料進(jìn)行表征測試。
[0040](三)可見光下降解性能測試
[0041]將制備好的材料在可見光下對(duì)難降解有機(jī)污染物進(jìn)行降解試驗(yàn)，目標(biāo)降解物為5mg/L的硝基苯溶液。
[0042]實(shí)施例1
[0043]Pr3+:Y2Si05/Ti0j催化復(fù)合薄膜的制備
[0044](I)采用溶膠-凝膠法制備Pr3+含量為1.0% (moI)的Pr 3+:Y2S15,取Y2O3加入HNO3中配置Y (NO 3) 3溶液，按計(jì)量比準(zhǔn)確量取Pr (NO 3) 3加入Y (NO 3) 3