CN102688754A - 一种高效降解染料有机污染物的复合光催化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效降解染料有机污染物的复合光催化剂SnO2/CdSnO3·3H2O及其制备方法和应用，属于材料制备和环境净化的技术领域。所述的复合光催化剂是一种非TiO2复合光催化剂，拟解决传统催化剂TiO2的量子效率低，易失活等问题。通过调节反应液的pH，采用简单的微波水热法一步合成复合材料SnO2/CdSnO3·3H2O。本发明所制备的催化剂具有高比表面积，能够高效降解染料有机污染物，本发明制备方法简单，原料廉价易得，有利于大规模的工业生产，具备显著的经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明属于环境治理中的光催化技术，具体涉及一种高效降解染料有机污染物的复合光催化剂SnO2/CdSnO3·3H2O及其制备方法和应用。
背景技术
随着我国社会的不断发展，推动着化学工业的发展，但在发展过程中工业废水也在不断的增加，其中印染废水是主要的有害工业废水之一。如何有效的治理印染废水，对社会经济的发展具有广泛的意义。目前，传统的污水治理手段(物理处理，生物处理，常规化学处理)不能彻底消除水中的污染物，因此去发展一种绿色，无二次污染的处理手段势在必行。其中光催化技术由于成本低，安全无毒，反应条件温和和无二次污染等优点成为一种理想的环境治理技术。其中对催化剂的开发上做了一系列的努力，主要集中研究TiO2，但是TiO2在光催化反应中量子效率低，易失活等问题限制了其在工业上的应用。为了解决这些问题，目前常用的方法有贵金属的负载，加入各种牺牲剂等，然而这些方法存在成本高，生产工艺复杂等不足。近年来，复合两种不同半导体来加强其单一组分的光催化性能方面的研究取得了一定的进展，但是合成工艺比较复杂，繁琐，不利于大规模的工业生产。因此开发具有高效，生产工艺简单的复合催化剂对推广光催化技术的应用以及对印染废水的治理有重大的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效降解染料有机污染物的复合光催化剂SnO2/CdSnO3·3H2O及其制备方法和应用，拟解决传统催化剂TiO2的量子效率低，易失活等问题。本发明所制备的催化剂具有高比表面积，能够高效降解染料有机污染物，本发明制备方法简单，原料廉价易得，有利于大规模的工业生产，具备显著的经济和社会效益。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高效降解染料有机污染物的复合光催化剂是一种非TiO2复合光催化剂，化学式为SnO2/CdSnO3·3H2O。复合催化剂具有高的比表面积，两个单一的组分具有相互匹配的导带，能够有效地分离光生电子，提高光生载流子的寿命。
一种如上所述的高效降解染料有机污染物的复合光催化剂的制备方法为微波水热法。
将等摩尔量的CdCl2·2.5H2O和Na2SnO3·4H2O放入烧杯中，向烧杯中加入40-100 mL的蒸馏水，在室温下剧烈搅拌1-2 h，形成均匀的白色悬浊液，然后用质量分数为5-7%的稀硝酸调节pH值至2-7，转入100 mL的微波反应釜中，在微波消解仪中120-200℃下反应0.5-2 h，冷却后，产物经过洗涤，离心和烘干即得到所述复合物光催化剂。
一种如上所述的高效降解染料有机污染物的复合光催化剂的应用于液相降解染料有机污染物。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明首次将复合物SnO2/CdSnO3·3H2O应用于光催化领域，两个单一的组分具有相互匹配的导带，具有有效分离光生载流子的能力，提高其光催化性能进而高效的降解印染废水。
（2）本发明采用高效便捷的微波水热法，通过简单调节反应液的pH，一步合成了复合物SnO2/CdSnO3·3H2O光催化剂，制备流程简单，有利于大规模的工业生产。
（3）复合光催化剂SnO2/CdSnO3·3H2O能高效地降解染料等有机污染物，同时具有良好的活性稳定性。在光催化反应体系中可以方便地进行分离处理，光催化剂可再生能力强，重复利用率高，具有很高的实用价值和应用前景。
附图说明
图1为本发明SnO2/CdSnO3·3H2O在光催化反应前后的X射线衍射(XRD)图。
图2为本发明SnO2/CdSnO3·3H2O光催化剂与传统催化剂P25对液相降解甲基橙情况。
图3为本发明SnO2/CdSnO3·3H2O以及各单一组分的紫外可见漫反射(DRS)图。
图4为本发明SnO2/CdSnO3·3H2O液相降解甲基橙的循环实验图。
具体实施方式
本发明的制备步骤如下：
将等摩尔量的CdCl2·2.5H2O和Na2SnO3·4H2O放入烧杯中，向烧杯中加入40-100 mL的蒸馏水，在室温下剧烈搅拌1-2 h，形成均匀的白色悬浊液，然后用质量分数为5-7%的稀硝酸调节pH值至2-7，转入100 mL的微波反应釜中，在微波消解仪中120-200℃下反应0.5-2 h，冷却后，产物经过洗涤，离心和烘干即得到所述复合物光催化剂。
实施例1
具有高效液相降解能力的复合光催化剂SnO2/CdSnO3·3H2O的制备
将等摩尔量的原料CdCl2·2.5H2O和Na2SnO3·4H2O放入烧杯，向烧杯加入60 mL的蒸馏水，在室温下剧烈搅拌30 min，形成均匀的白色悬浊液，然后用6.5%的稀硝酸将上述浊液的pH值调节为2，将浊液一并转入100 mL的微波反应釜中，在微波消解仪中保持120℃条件下反应2 h，冷却后，产物经过离心和洗涤，在60 ℃烘箱将产品烘干，即得到所述光催化剂。图1展示了本发明的SnO2/CdSnO3·3H2O光催化剂在液相降解甲基橙前后的X射线衍射(XRD)图，从图中可以发现所制备的样品为SnO2和CdSnO3·3H2O的复合物，而且在反应前后催化剂的晶相结构没有发生变化，说明该催化剂表现出较强的结构稳定性。图2展示了本发明的复合物SnO2/CdSnO3·3H2O以及各单一组分的紫外可见漫反射(DRS)图，从图中可以看出CdSnO3·3H2O的吸收带边为260 nm，SnO2的吸收边带为330 nm，其禁带宽度分别对应4.8 eV和3.7 eV，均具有较强的氧化还原能力。因此二者的复合物SnO2/CdSnO3·3H2O可能在处理污水方面是一个很有潜力的光催化剂。
实施例2
将等摩尔量的原料CdCl2·2.5H2O和Na2SnO3·4H2O放入烧杯，向烧杯加入60 mL的蒸馏水，在室温下剧烈搅拌30 min，形成均匀的白色悬浊液，然后用6.5%的稀硝酸将上述浊液的pH调节为3，将浊液一并转入100 mL的微波反应釜中，在微波消解仪中保持180 ℃条件下反应2 h，冷却后，产物经过离心和洗涤，在60 ℃烘箱将产品烘干，即得到所述光催化剂。
实施例3
将等摩尔量的原料CdCl2·2.5H2O和Na2SnO3·4H2O放入烧杯，向烧杯加入60 mL的蒸馏水，在室温下剧烈搅拌30 min，形成均匀的白色悬浊液，然后用6.5%的稀硝酸将上述浊液的pH值调节为7，将浊液一并转入100 mL的微波反应釜中，在微波消解仪中保持200 ℃条件下反应2 h，冷却后，产物经过离心和洗涤，在60 ℃烘箱将产品烘干，即得到所述光催化剂。
实施例4
复合光催化剂SnO2/CdSnO3·3H2O和P25液相光催化降解甲基橙对比
将得到的复合光催化剂SnO2/CdSnO3·3H2O用于液相降解甲基橙，称取80 mg样品加入160 mL的甲基橙溶液(20 ppm)，避光吸附1 h，使甲基橙溶液在催化剂的表面达到吸-脱附平衡，然后开启光源进行光催化降解。甲基橙的光催化降解情况利用Cary-500型分光光度计检测。本发明SnO2/CdSnO3·3H2O和P25对甲基橙的降解对比情况如图3所示。从图中可以观察到，在没有催化剂的情况下，光对甲基橙几乎没有发生降解作用，在加入本发明的催化剂或者是P25时，甲基橙的光催化降解速率大大加快，然而，本发明的催化剂在光照40 min后，将160 mL甲基橙溶液降解完全，P25则需60 min才能降解完全。图4是样品循环降解甲基橙的实验，从图中可以发现，样品在经过5次的循环降解，没有发生失活现象，说明该催化剂具有很好的活性稳定性。因此，本发明的催化剂具有高效的光催化降解活性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (5)
1.一种高效降解染料有机污染物的复合光催化剂，其特征在于：所述催化剂是一种非TiO2复合光催化剂，化学式为SnO2/CdSnO3·3H2O。
2.根据权利要求1所述的高效降解染料有机污染物的复合光催化剂，其特征在于：复合催化剂具有高的比表面积，两个单一的组分具有相互匹配的导带，能够有效地分离光生电子，提高光生载流子的寿命。
3.一种如权利要求1所述的高效降解染料有机污染物的复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述的制备方法为微波水热法。
4.根据权利要求3所述的高效降解染料有机污染物的复合光催化剂的制备方法，其特征在于：将等摩尔量的CdCl2·2.5H2O和Na2SnO3·4H2O放入烧杯中，向烧杯中加入40-100 mL的蒸馏水，在室温下剧烈搅拌1-2 h，形成均匀的白色悬浊液，然后用质量分数为5-7%的稀硝酸调节pH值至2-7，转入100 mL的微波反应釜中，在微波消解仪中120-200℃下反应0.5-2 h，冷却后，产物经过洗涤，离心和烘干即得到所述复合物光催化剂。
5.一种如权利要求1所述的高效降解染料有机污染物的复合光催化剂的应用，其特征在于：所述的复合光催化剂用于液相降解染料有机污染物。
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