一種非金屬可見光光催化劑及其制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及光催化劑技術(shù)領域，尤其涉及一種非金屬可見光光催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境問題和能源問題的日益突出，尋求能有效去除有機污染物的方法已是迫在眉睫，目前已引起各國政府和人們的高度重視。光催化技術(shù)是指在紫外光以及可見光的照射下，將污染物短時間內(nèi)完全降解或者礦化成對環(huán)境無害的產(chǎn)物，或?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化成化學能，并促進有機物的合成與分解，這一過程稱為光催化，其作為一種新型的環(huán)境凈化和能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，在空氣凈化、有毒廢水處理、水的凈化等領域展示了廣闊的應用前景。
[0003]在光催化過程中，光催化劑是影響光催化效率的重要因素。目前，利用的光催化劑有多種，比如貴金屬、過渡金屬及其化合物的摻雜等，其中有代表性的為二氧化鈦(Ti02)，目前，已經(jīng)利用二氧化鈦對水中和大氣中的農(nóng)藥和惡臭物質(zhì)等有機物進行分解，然而二氧化鈦的帶隙是3.2eV,只有在比400nm短的紫外線的照射下才能顯現(xiàn)出活性，只能在室內(nèi)或者有紫外燈的地方工作，幾乎不能利用可見光，且其載流子的復合率高，光量子產(chǎn)率低，光催化效率和對太陽光的利用率較低，這大大的限制了二氧化鈦光催化劑的使用。
[0004]考慮到光催化劑在分解有害物質(zhì)中的實用性，利用太陽光作為光源是不可缺少的。雖然光催化研究已進行了若干年，但目前報道的具有可見光響應的光催化劑種類仍很有限，且仍存在著光轉(zhuǎn)換效率低、穩(wěn)定性差和光譜響應范圍窄等問題，且現(xiàn)有的光催化劑多為含金屬的催化劑，存在成本高的缺陷。因此，尋找可見光響應且催化效率好，成本低的光催化劑，已成為本領域技術(shù)人員研究的熱點問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種非金屬可見光光催化劑及其制備方法，其中，所述制備方法利用有機物為原料，過程簡單，成本低，得到的非金屬可見光光催化劑為不含金屬的非晶型有機聚合物，其帶隙窄，對可見光響應，且光量子產(chǎn)率高，光催化效率和對太陽能的利用率高，性能穩(wěn)定。
[0006]本發(fā)明提出的一種非金屬可見光光催化劑，以稠環(huán)芳香烴和氯甲基甲基醚為原料，以無水金屬路易斯酸為催化劑制備而成。
[0007]優(yōu)選地，所述稠環(huán)芳香烴為萘、菲、蒽、芘中的一種或者多種的混合物。
[0008]優(yōu)選地，所述稠環(huán)芳香烴為萘。
[0009]優(yōu)選地，所述無水金屬路易斯酸為無水氯化鋅、無水氯化鐵、無水氯化鋁、無水氯化鉻、無水氯化錫中的一種或者多種的組合。
[0010]優(yōu)選地，所述無水金屬路易斯酸為無水氯化鋅。
[0011]本發(fā)明還提出的一種所述非金屬可見光光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
[0012]S1、將無水金屬路易斯酸加入有機溶劑中混合均勻得到物料A;將稠環(huán)芳香烴加入有機溶劑中混合均勻得到物料B ;
[0013]S2、在氮氣的保護下，將氯甲基甲基醚和物料A分別加入物料B中進行反應，其中，反應的溫度為25-80°C，反應的時間為15-20h，反應結(jié)束后經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、干燥得到所述非金屬可見光光催化劑。
[0014]優(yōu)選地，在SI中，所述有機溶劑為氯仿、二氯甲烷、四氯化碳、1，2_ 二氯乙烷中的一種或者多種的混合物。
[0015]優(yōu)選地，在S2中，物料A中無水金屬路易斯酸與物料B中稠環(huán)芳香烴的摩爾比為0.3_1.2:lo
[0016]優(yōu)選地，在S2中，物料A中無水金屬路易斯酸與物料B中稠環(huán)芳香烴的摩爾比為1:1。
[0017]優(yōu)選地，在S2中，氯甲基甲基醚與物料B中稠環(huán)芳香烴的摩爾比為1-5:1。
[0018]優(yōu)選地，在S2中，氯甲基甲基醚與物料B中稠環(huán)芳香烴的摩爾比為4:1。
[0019]優(yōu)選地，物料B中，稠環(huán)芳香烴的質(zhì)量-體積濃度為20_250g/L。
[0020]優(yōu)選地，物料B中，稠環(huán)芳香烴的質(zhì)量-體積濃度為100g/L。
[0021]優(yōu)選地，所述非金屬可見光光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
[0022]S1、將無水氯化鐵加入二氯甲烷中混合均勻得到物料A，其中，物料A中無水氯化鐵的質(zhì)量-體積濃度為0.05-0.5g/L ;將蒽加入二氯甲烷中混合均勻得到物料B，其中，物料B中，蒽的質(zhì)量-體積濃度為90-150g/L ；
[0023]S2、在氮氣的保護下，將氯甲基甲基醚和物料A分別加入物料B中進行反應，其中，反應的溫度為55-65°C，反應的時間為16-18h，氯甲基甲基醚與物料B中蒽的摩爾比為1-4:1，物料A中無水氯化鐵與物料B中蒽的摩爾比為0.9-1.1:1，反應結(jié)束后經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、干燥得到所述非金屬可見光光催化劑。
[0024]優(yōu)選地，所述非金屬可見光光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
[0025]S1、將無水氯化鋅加入1，2-二氯乙烷中混合均勻得到物料A，其中，物料A中無水氯化鋅的質(zhì)量-體積濃度為0.lg/L ;將萘加入1，2-二氯乙烷中混合均勻得到物料B，其中，物料B中，萘的質(zhì)量-體積濃度為100g/L ;
[0026]S2、在氮氣的保護下，將氯甲基甲基醚和物料A分別加入物料B中進行反應，其中，反應的溫度為40 °C，反應的時間為18h，氯甲基甲基醚與物料B中萘的摩爾比為4:1，物料A中無水氯化鋅與物料B中萘的摩爾比為1:1，反應結(jié)束后經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、干燥得到所述非金屬可見光光催化劑。
[0027]本發(fā)明所述非金屬可見光光催化劑，以稠環(huán)芳香烴和氯甲基甲基醚為原料，以無水金屬路易斯酸為催化劑，在氮氣的保護下反應而成，在反應的過程中，隨著反應的進行，稠環(huán)芳香烴不同反應碳位置與氯甲基甲基醚連接，自組裝形成了一種非晶型的支化聚合物，其顏色為黃棕色，且不溶于任何溶劑，如圖1所示，其為固體粉末狀物質(zhì)。圖2為所述非金屬可見光光催化劑的固體核磁碳譜圖，由圖2可知，該非金屬可見光光催化劑中含有亞甲基，證明了稠環(huán)芳香烴與氯甲基甲基醚發(fā)生了反應，將亞甲基引入了稠環(huán)芳香烴之間；圖3為本發(fā)明所述非金屬可見光光催化劑的掃描電鏡照片，其證明該非金屬可見光光催化劑為十幾納米至微米級的多孔球，并且大尺寸的球為十幾納米尺寸的球聚集而成；圖4為本發(fā)明所述非金屬可見光光催化劑的透射電鏡照片，其進一步證明了所述非金屬可見光光催化劑為十幾納米至微米級的多孔球；圖5為本發(fā)明所述非金屬可見光光催化劑的孔徑分布圖，由圖5可知，所述非金屬可見光光催化劑孔尺寸分布在0-50nm ;圖6為本發(fā)明所述非金屬可見光光催化劑的BET測試圖，由圖6可知，所述非金屬可見光光催化劑的比表面積達到552!!!?1;圖7為本發(fā)明所述非金屬可見光光催化劑的固體紫外圖，由圖7可知，所述非金屬可見光光催化劑在可見光區(qū)具有一個比較寬的吸收峰，表明其具有較低的禁帶寬度，具有半導體的性質(zhì)。
[0028]本發(fā)明所述非金屬可見光光催化劑為采用非金屬原料制備而成的純有機非晶型聚合物，其制備方法簡單，成本低，性能穩(wěn)定，且其帶隙窄，將其用作可見光光催化劑，光量子產(chǎn)率高，光催化效率和對太陽的利用率高。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明所述非金屬可見光光催化劑的固體粉末圖；
[0030]圖2為本發(fā)明所述非金屬可見光光催化劑的固體核磁碳譜圖；
[0031]圖3為本發(fā)明所述非金屬可見光光催化劑的掃描電鏡照片；
[0032]圖4為本發(fā)明所述非金屬可見光光催化劑的透射電鏡照片；
[0033]圖5為本發(fā)明所述非金屬可見光光催化劑的孔徑分布圖；
[0034]圖6為本發(fā)明所述非金屬可見光光催化劑的BET圖；
[0035]圖7為本發(fā)明所述非金屬可見光光催化劑的固體紫外圖。
【具體實施方式】
[0036]下面，通過具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。
[0037]實施例1
[0038]本實施例所述非金屬可見光光催化劑，以萘和氯甲基甲基醚為原料，以無水氯化鋅為催化劑制備而成。
[0039]本實施例所述非金屬可見光光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
[0040]S1、將無水氯化鋅加入1，2-二氯乙烷中混合均勻得到物料A，其中，物料A中無水氯化鋅的質(zhì)量-體積濃度為0.lg/L ;將萘加入1，2-二氯乙烷中混合均勻得到物料B，其中，物料B中，萘的質(zhì)量-體積濃度為100g/L ;
[0041]S2、在氮氣的保護下，將氯甲基甲基醚和物料A分別加入物料B中進行反應，其中，反應的溫度為40 °C，反應的時間為18h，氯甲基甲基醚與物料B中萘的摩爾比為4:1，物料A中無水氯化鋅與物料B中萘的摩爾比為1:1，反應結(jié)束后經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、干燥得到所述非金屬可見