介孔復(fù)合光催化材料的制備方法
【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方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國內(nèi)工業(yè)化的粗放式發(fā)展和社會的迅速發(fā)展，工業(yè)及城市廢棄物排放的增 加，水體污染的問題日益突出。一些微量的難降解有機(jī)污染如內(nèi)分泌干擾化學(xué)物質(zhì)m)Cs (Endocrine Disrupting Chemicals)、持久性有機(jī)污染物 POPs (Persistent Organic Pollutants)、藥物及個(gè)人護(hù)理品 PPCPs (Pharmaceutical and Personal Care Products) 等不能夠被常規(guī)傳統(tǒng)的水處理系統(tǒng)有效去除，而二氧化鈦無毒、性能穩(wěn)定，是一種重要的無 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、對水污染物中有機(jī)物降解無選擇性、礦化徹底、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，TiO 2被廣泛 地用來光解水、殺菌和制備太陽能敏化電池等，特別是在環(huán)境保護(hù)方面，TiO2作為光催化劑 更是展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種嵌入硫化鎘量子點(diǎn)的介孔二氧化鈦復(fù)合光催化材料的 制備方法，用以滿足解決環(huán)境問題的要求。
[0004] 本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，具體制備方法如下： (1) 稱取LOg三嵌段共聚物普朗尼克P123,將其溶解在15ml無水乙醇中，室溫下攪拌 0. 5h，然后超聲處理10min，超聲功率為200W，得到P123/乙醇混合溶液； (2) 在另一燒杯中將3. 2ml的濃鹽酸逐滴加到4. Og的鈦酸四正丁酯TBOT中，并加入 Cd(NO3)2 ? 4H20,隨后加入與Cd(NO3)2 ? 4H20等摩爾的Na2S ? 9H20,得到混合溶液； (3) 將步驟（1)得到的P123/乙醇混合溶液與步驟（2)得到的混合溶液混勻，室溫下 攪拌6-8h，得到溶膠溶液，將合成的溶膠溶液倒入一個(gè)敞開的培養(yǎng)皿中，保持環(huán)境濕度為 50% - 60%，于室溫下靜置30天，溶膠溶液變?yōu)闈穹勰?(4) 將步驟（3)得到的濕粉末在200°C下煅燒4h來穩(wěn)定結(jié)構(gòu)； (5) 將步驟（4)煅燒后的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 12,回流完畢后離心，并用去離子水洗滌沉淀，洗滌后的沉淀在60°C干燥12h ; (6) 將步驟（5)干燥后的粉末先研磨，然后在350°(：下N2中煅燒3h使介孔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定； (7) 將步驟（6)煅燒后的粉末在500°C下空氣中煅燒2h來去除三嵌段共聚物普朗尼克 P123,即得硫化鎘/二氧化鈦復(fù)合光催化材料。
[0005] 本發(fā)明通過對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。關(guān)于CdS/TiOj^研究雖然很多，但是大部分都是 用于降解一些結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的染料，并且本身結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。一少部分雖然性能好，但是制備方 法繁瑣。而本發(fā)明提供的制備方法簡單易行，通過普通實(shí)驗(yàn)室就可以實(shí)現(xiàn)，并且產(chǎn)品能降解 多種染料，性能穩(wěn)定，循環(huán)五次仍可保持原有的催化性能。
[0006] 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，還有較好的穩(wěn)定性，通過循環(huán)五次降解甲基橙，其催化效果也沒 有絲毫減弱，循環(huán)三次后，在可見光下仍能降解甲基橙。因此，該復(fù)合材料在光解水、殺菌和 制備太陽能敏化電池等方面，特別是在環(huán)境保護(hù)方面，有著廣闊的應(yīng)用前景。
[0007]
【附圖說明】
[0008] 圖1為實(shí)施例1-6制得的產(chǎn)物和二氧化鈦在模擬太陽光下用于降解50ml IOPPm 的甲基橙溶液的降解曲線圖； 圖2為50mg實(shí)施例2制得的CdSztiO2分別降解亞甲基藍(lán)、玫瑰紅、雙酚A和孔雀石綠 的降解曲線圖； 圖3為50mg實(shí)施例2制得的CdS/Ti02循環(huán)降解50mlIOppm甲基橙的降解曲線圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0009] 下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0010] 實(shí)施例1 (1) 稱取LOg三嵌段共聚物普朗尼克P123,將其溶解在15ml無水乙醇中，室溫下攪拌 0. 5h，然后超聲處理lOmin，超聲功率為200W，得到P123/乙醇混合溶液； (2) 在另一燒杯中將3. 2ml的濃鹽酸逐滴加到4. Og的鈦酸四正丁酯TBOT中，并加入 0? 0225g Cd(NO3)2 ? 4H20 (將 Cd(NO3)2 ? 4H20 折合成 CdO 的質(zhì)量，使 CdOAiO2的質(zhì)量比為 1%)，隨后加入0. 〇176g的Na2S ? 9H20,得到混合溶液； (3) 將步驟（1)得到的P123/乙醇混合溶液與步驟（2)得到的混合溶液混勻，室溫下 攪拌6-8h，得到溶膠溶液，將合成的溶膠溶液倒入一個(gè)敞開的培養(yǎng)皿中，保持環(huán)境濕度為 50% - 60%，于室溫下靜置30天，溶膠溶液變?yōu)闈穹勰?(4) 將步驟（3)得到的濕粉末在200°C下煅燒4h來穩(wěn)定結(jié)構(gòu)； (5) 將步驟（4)煅燒后的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11一12,回流完畢后離心，并用去離子水洗滌沉淀，洗滌后的沉淀在60°C干燥12h; (6) 將步驟（5)干燥后的粉末先研磨，然后在350°(：下N2中煅燒3h使介孔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定； (7) 將步驟（6)煅燒后的粉末在500°C下空氣中煅燒2h來去除三嵌段共聚物普朗尼克 P123,即得硫化鎘/二氧化鈦復(fù)合光催化材料。
[0011] 取50mg本實(shí)施例制得的硫化鎘/二氧化鈦復(fù)合光催化材料在模擬太陽光下用于 降解50ml IOPPm的甲基橙溶液，75min后，降解率達(dá)100%。
[0012] 實(shí)施例2 步驟（2)是在另一燒杯中將3. 2ml的濃鹽酸逐滴加到4. Og的鈦酸四正丁酯TBOT中， 并加入 0? 0451g Cd (NO3) 2 ? 4H20 (將 Cd (NO3) 2 ? 4H20 折合成 CdO 的質(zhì)量，使 CdOAiO2的質(zhì)量 比為2%)，隨后加入0. 0351g的Na2S ? 9H20,得到混合溶液； 其余步驟同實(shí)施例1; 取50mg本實(shí)施例制得的硫化鎘/二氧化鈦復(fù)合光催化材料在模擬太陽光下用于降解 50ml IOPPm的甲基橙溶液，30min后，降解率達(dá)100%。
[0013] 實(shí)施例3 步驟（2)是在另一燒杯中將3. 2ml的濃鹽酸逐滴加到4. Og的鈦酸四正丁酯TBOT中， 并加入 0?0902gCd (NO3) 2 ? 4H20 (將 Cd (NO3) 2 ? 4H20 折合成 CdO 的質(zhì)量，使 CdOAiO2的質(zhì)量 比為4%)，隨后加入0.0702g的Na2S? 9H20,得到混合溶液； 其余步驟同實(shí)施例1 ; 取50mg本實(shí)施例制得的硫化鎘/二氧化鈦復(fù)合光催化材料在模擬太陽光下用于降解 50ml IOPPm的甲基橙溶液，60min后，降解率達(dá)100%。
[0014] 實(shí)施例4 步驟（2)是在另一燒杯中將3.2ml的濃鹽酸逐滴加到4.Og的鈦酸四正丁酯TBOT中， 并加入0? 1804gCd(NO3) 2?4H20(將 Cd(NO3) 2?4H20折合成 CdO 的質(zhì)量，使 CdOAiO2的質(zhì)量 比為8%)，隨后加入0? 1404g的Na2S?9H20,得到混合溶液； 其余步驟同實(shí)施例1 ; 取50mg本實(shí)施例制得的硫化鎘/二氧化鈦復(fù)合光催化材料在模擬太陽光下用于降解 50ml IOPPm的甲基橙溶液，65min后，降解率達(dá)100%。
[0015] 由上述實(shí)施例可知，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。
[0016] 試驗(yàn)例1 :取50mg實(shí)施例2制得的0(^/1102在模擬太陽光下分別用于降解50ml 5mg/ L的亞甲基藍(lán)、50ml IOppm的玫瑰紅、50ml IOppm的雙酸A和50ml 20ppm的孔雀石綠，其 結(jié)果如下： 50mg該催化劑降解50ml 5mg/L的亞甲基藍(lán)30min降解率達(dá)100%。
[0017] 50mg該催化劑降解50ml IOppm的玫瑰紅30min降解率達(dá)100%。
[0018] 50mg該催化劑降解50ml IOppm的雙酸A 75min降解率達(dá)100%。
[0019] 50mg該催化劑降解50ml 20ppm的孔雀石綠15min降解率達(dá)100%。
[0020] 試驗(yàn)例2 :50mg實(shí)施例2制得的CdS/Ti(VlS^；i擬太陽光下用于降解50ml IOppm的甲 基橙，經(jīng)過五次循環(huán)后，降解率仍能在30min時(shí)幾乎可達(dá)100%，甲基橙殘留幾乎為0,降解率 數(shù)據(jù)詳見表1，表1中Ct為甲基橙經(jīng)實(shí)施例2制得的CdSztiO 2降解后的殘留量，C。為甲基 橙未經(jīng)實(shí)施例2制得的CdS/Ti02降解的原始含量。
[0021] 表1 實(shí)施例2制得的CdSztiO2S過五次循環(huán)后的降解率比較
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種CdS/Ti02介孔復(fù)合光催化材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟： (1)稱取LOg三嵌段共聚物普朗尼克P123,將其溶解在15ml無水乙醇中，室溫下攪拌 0. 5h，然后超聲處理lOmin，超聲功率為200W，得到P123/乙醇混合溶液； (2)在另一燒杯中將3. 2ml的濃鹽酸逐滴加到4. Og的鈦酸四正丁酯TBOT中，并加入 Cd(NO3)2 ? 4H20,隨后加入與Cd(NO3)2 ? 4H20等摩爾的Na2S ? 9H20,得到混合溶液； (3) 將步驟（1)得到的P123/乙醇混合溶液與步驟（2)得到的混合溶液混勻，室溫下 攪拌6-8h，得到溶膠溶液，將合成的溶膠溶液倒入一個(gè)敞開的培養(yǎng)皿中，保持環(huán)境濕度為 50% - 60%，于室溫下靜置30天，溶膠溶液變?yōu)闈穹勰? (4) 將步驟（3)得到的濕粉末在200°C下煅燒4h來穩(wěn)定結(jié)構(gòu)； (5) 將步驟（4)煅燒后的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11一12,回流完畢后離心，并用去離子水洗滌沉淀，洗滌后的沉淀在60°C干燥12h ; (6) 將步驟（5)干燥后的粉末先研磨，然后在350°(：下N2中煅燒3h使介孔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定； (7) 將步驟（6)煅燒后的粉末在500°C下空氣中煅燒2h來去除三嵌段共聚物普朗尼克 P123,即得硫化鎘/二氧化鈦復(fù)合光催化材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CdS/TiO 2介孔復(fù)合光催化材料的制備方法，其特征在 于：所述的步驟（2)中Cd(NO3) 2 ? 4H20的用量為：將Cd(NO3)2 ? 4H20折合成CdO的質(zhì)量，使 CdOAiO2的質(zhì)量比為1%、2%、4%或8%。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種CdS/TiO2介孔復(fù)合光催化材料的制備方法。本發(fā)明以鈦酸四正丁酯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。并利用模擬太陽光對所制備出的材料進(jìn)行性能測試，通過降解甲基橙、玫瑰紅、雙酚A、孔雀石綠等有機(jī)染料和污染物來證明該材料超常的光催化性能。循環(huán)五次降解甲基橙后，光催化活性仍保持不變。該復(fù)合材料屬于無機(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、制備太陽能敏化電池和環(huán)境保護(hù)等方面有重要意義。
【IPC分類】B01J21/06, C02F103/30, B01J27/04, C02F101/38, C02F1/30
【公開號】CN105107489
【申請?zhí)枴緾N201510523355
【發(fā)明人】謝宇, 周盼盼, 胡冬生, 郭若彬, 凌云
【申請人】南昌航空大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年8月25日