CN103301827A - 埃洛石基光催化复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种埃洛石基光催化复合材料及其制备方法。本发明埃洛石基光催化复合材料，由埃洛石纳米管和负载于埃洛石纳米管内外表面的光催化半导体物质构成，所述光催化半导体物质和埃洛石纳米管的质量比为10%～80%。制备时，是将埃洛石超声分散于去离子水中，放入微波反应器中，达到所需的反应温度后，依次加入半导体前驱体，待反应完毕，过滤、洗涤、烘干、煅烧得到相应的埃洛石基光催化复合材料。该埃洛石基光催化复合材料能利用埃洛石的吸附作用快速吸附有机污染物，同时光催化剂在在自然光照射下矿化所吸附的有机污染物，消除二次污染，并使催化剂保持高效工作。

Description

埃洛石基光催化复合材料及其制备方法

技术领域

本发明环境材料领域领域，具体涉及的是埃洛石基光催化复合材料的制备方法。

背景技术

随着化学合成工业的发展，出现了大量新型合成的对人类健康危害极大的“三致”有机物，这些物质多以难生物降解类为主，常规的废水生物处理方法难以有效去除。一旦这些物质进入水体，由于其在水体中自然降解过程缓慢，其危害性延滞较长。半导体多相光催化氧化技术能耗低、反应条件温和；反应速度快，有机污染物在·OH攻击下能够迅速分解；降解没有选择性，尤其是对难生物降解、生物毒性大的有机物效果显著。

自1972年Fjuishima报道了TiO₂单晶电解水制氢以来，随着光催化技术研究的不断深入，半导体多相光催化氧化的研究已推广到金属离子、其它无机物和有机物的光降解，尤其在有机物的催化降解方面展开了大量的研究工作，迄今为止，已研究发现有3000多种难降解的有机化合物可以在紫外线照射下通过纳米级TiO₂或ZnO半导体迅速降解。

然而，作为光催化技术核心是光催化剂,虽然已经证明许多半导体材料都具有光催化活性，但其半导体或由于活性低,或由于易被光腐蚀等原因尚难实际应用。虽然纳米尺寸的光催化剂有着较强的光催化活性，但是纳米粉体在实际使用时，对固液过程存在易团聚和反应后难回收的问题；对气固过程，则存在易堵塞,传质阻力高的弊病。因此，光催化剂的负载化对光催化技术的实用化非常重要。合适的载体材料可以增加反应的有效比表面积、提供适合的孔结构、提高催化剂的机械强度、热稳定性和抗毒性能,并降低催化剂的生产成本。

埃洛石属于层状硅酸盐矿物，其微观结构多成细长空心管状，空心管内径10～20nm，外径40～100nm，是一种非常特殊的天然纳米材料。埃洛石每个单元由Si-O四面体层与Al-O八面体层按照1:1结合而成，层间靠氢键连接，从而构成层状堆叠，层间没有其他阳离子存在。由于晶体结构中四面体大于八面体层，为了更好地相互匹配，埃洛石单元层发生卷曲形成多层管状结构，八面体层在管内侧，四面体再管外侧。研究发现，这种特殊的结构是的在接近中性条件下(pH=5～8)，埃洛石的内表面和外表面可以分别带有两种完全相反的电荷，这非常有助于半导体纳米离子的的吸附，以及光生电子对的分离，显著提高光催化效率，延长使用寿命。

发明内容

本发明目的是提出埃洛石基光催化复合材料及其制备方法，以该方法制备的材料能利用埃洛石的吸附作用快速吸附有机污染物，同时光催化剂在在自然光照射下矿化所吸附的有机污染物，消除二次污染，并使催化剂保持高效工作。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种埃洛石基光催化复合材料，它由埃洛石纳米管和负载于埃洛石纳米管内外表面的半导体物质构成，所述光催化半导体物质和埃洛石纳米管的质量比为10%～80%。

按上述方案，所述的埃洛石纳米管管长200～800nm，外径10～80nm，内径5～20nm。

按上述方案，所述的半导体物质为TiO₂、SnO₂、ZnO、CdS、ZnS、CdSe、CeO₂、AgBr等光催化半导体中的任一种或两种及两种以上。

所述半导体物质的前驱体分别为TiCl₄、SnCl₄、Zn(NO₃)₂·6H₂O、H₂C₂O₄·2H₂O、Na₂S·9H₂O、CdCl₂·2.5H₂O、NaHSe、Ce(NO₃)₃·6H₂O、C₆H₁₂N₄、AgNO₃、KBr的一种或两种反应而成。

本发明埃洛石基光催化复合材料的制备方法，它包括以下步骤：将埃洛石超声分散于去离子水中，放入微波反应器中，达到所需的反应温度后，依次加入半导体前驱体，待反应完毕，过滤、洗涤、烘干、煅烧得到相应的埃洛石基光催化半导体材料。

按上述方案，埃洛石的质量浓度为5-20g/L。

按上述方案，微波反应功率为100-400W，反应温度70-120℃，反应时间20-40min。

按上述方案，过滤为减压抽滤，洗涤用去离子水和酒精分别洗涤一次，并用真空干燥箱烘干。

按上述方案，煅烧温度为100-400℃，煅烧时间1-3h。

本发明提供的埃洛石基光催化复合材料采用的基体材料埃洛石纳米管孔隙丰富，具有很强的气体吸附能力和离子交换能力，如此将光催化半导体材料负载于埃洛石上，既保持了埃洛石基材料比表面积大、吸附能力强等特点，又促进了光生载流子的有效分离，提高量子产率，并且克服了单一半导体易腐蚀的缺点，实现了吸附和光催化的有效搭配。

附图说明

图1为埃洛石纳米管TEM照片。

图2为埃洛石/CeO₂光催化复合材料的TEM照片。

具体实施方式

实施例1：取0.5g埃洛石，分散于100mL去离子水中，使得埃洛石悬浮液的浓度在5g/L，超声数分钟，加入0.0006mol Ce(NO₃)₃·6H₂O搅拌溶解，在持续搅拌条件下将0.01mol沉淀剂六亚甲基四胺(C₆H₁₂N₄)缓慢加入到混合溶液中。将其置于微波反应器中，功率100W，恒温70℃，反应20min。过滤、洗涤、烘干，经400℃煅烧2h得到埃洛石/CeO₂光催化复合材料。对所得样品在透射电镜下观察其形貌和结构。

埃洛石纳米管的TEM照片如图1所示，埃洛石/CeO₂样品的TEM照片如图2所示。从图中可以看出，CeO₂颗粒均匀负载在埃洛石表面，氧化物颗粒直径约5-10nm。

实施例2：取1g埃洛石，分散于100mL去离子水中，使得埃洛石悬浮液的浓度在10g/L，超声数分钟，加入0.0011mol AgNO₃搅拌溶解，将其置于微波反应器中，然后加入0.0011molKBr，微波功率200W，恒温80℃，反应20min。过滤、洗涤、烘干，经100℃煅烧1h得到埃洛石/AgBr光催化复合材料。后续检测如实施例1。

实施例3：取1g埃洛石，分散于100mL去离子水中，使得埃洛石悬浮液的浓度在10g/L，超声数分钟，加入0.0028mol CdCl₂·2.5H₂O搅拌溶解，将其置于微波反应器中，然后加入0.0028mol Na₂S·9H₂O，微波功率300W，恒温90℃，反应30min。过滤、洗涤、烘干，经300℃煅烧2h得到埃洛石/CdS光催化复合材料。后续检测如实施例1。

实施例4：取1.5g埃洛石，分散于去离子水中，使得埃洛石悬浮液的浓度在15g/L，超声数分钟，加入0.0092mol Zn(NO₃)₂·6H₂O搅拌溶解，将其置于微波反应器中，然后加入0.0092mol Na₂S·9H₂O，微波功率400W，恒温90℃，反应40min。过滤、洗涤、烘干，经400℃煅烧2h得到埃洛石/ZnS光催化复合材料。后续检测如实施例1。

实施例5：取2g埃洛石，分散于去离子水中，使得埃洛石悬浮液的浓度在20g/L，超声数分钟，加入0.0197mol Zn(NO₃)₂·6H₂O搅拌溶解，将其置于微波反应器中，然后加入0.0197mol H₂C₂O₄·2H₂O，微波功率400W，恒温100℃，反应40min。过滤、洗涤、烘干，经400℃煅烧3h得到埃洛石/ZnO光催化复合材料。后续检测如实施例1。

Claims (9)

1.一种埃洛石基光催化复合材料，其特征在于：它由埃洛石纳米管和负载于埃洛石纳米管内外表面的光催化半导体物质构成，所述光催化半导体物质和埃洛石纳米管的质量比为10%~80%。

2.根据权利要求1复合材料，其特征在于，所述的埃洛石纳米管管长200~800 nm，外径10~80 nm，内径5~20 nm。

3.根据权利要求1复合材料，其特征在于，所述的光催化半导体物质为TiO₂、SnO₂、ZnO、CdS、ZnS、CdSe、CeO₂、AgBr中的任一种或两种及两种以上。

4.权利要求1所述埃洛石基光催化复合材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：将埃洛石超声分散于去离子水中，放入微波反应器中，达到所需的反应温度后，依次加入半导体前驱体，待反应完毕，过滤、洗涤、烘干、煅烧得到相应的埃洛石基光催化复合材料。

5.根据权利要求1方法，其特征在于，所述半导体物质的前驱体为TiCl₄、SnCl₄、Zn(NO₃)₂·6H₂O、H₂C₂O₄·2H₂O 、Na₂S·9H₂O、CdCl₂·2.5H₂O、NaHSe、Ce(NO₃)₃·6H₂O、C₆H₁₂N₄、AgNO₃、KBr的一种或两种反应而成。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，埃洛石的质量浓度为5-20g/L。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，微波反应功率为100-400W，反应温度70-120℃，反应时间20-40 min。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，过滤为减压抽滤，洗涤用去离子水和酒精分别洗涤一次，并用真空干燥箱烘干。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，煅烧温度为100-400℃，煅烧时间1-3 h。

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