CN103861590A

CN103861590A - 贵金属担载的铌酸钾光催化剂用于光催化降解乙烯

Info

Publication number: CN103861590A
Application number: CN201410101902.4A
Authority: CN
Inventors: 张耀红; 江琳沁; 易志国
Original assignee: Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Current assignee: Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2014-06-18

Abstract

本发明涉及一种贵金属担载的铌酸钾光催化剂用于光催化降解乙烯技术。该贵金属担载的铌酸钾光催化剂成本低、光催化活性高，稳定性好，能够在模拟太阳光辐照下，高效光催化降解乙烯，同时该光催化剂很容易收集回收利用，在有机气体污染物降解方面具有很好的应用前景。

Description

贵金属担载的铌酸钾光催化剂用于光催化降解乙烯

技术领域

本发明涉及一种贵金属担载的铌酸钾光催化剂用于光催化降解乙烯技术，贵金属担载的铌酸钾光催化剂具有很好的光催化活性，能够在太阳光辐照下高效光催化降解乙烯气体，达到乙烯净化的目的。属于无机纳米光催化材料领域。

背景技术

乙烯气体作为一种果蔬催熟剂，对果蔬的生长和储藏起着重要的影响。果蔬采摘之前，乙烯在加快果蔬的生长和催熟方面起着积极作用。但在果蔬采摘后的储藏和运输过程中，植物释放的乙烯能加速果蔬的腐烂变质，对果蔬的储藏和运输着负面作用。果蔬采摘后一般采用低温冷藏来延长果蔬的储藏时间。但即使在较低温度下，少量的乙烯也会严重影响到果蔬的储藏，扰乱果蔬的生理活动，加速果蔬腐烂、缩短果蔬的储藏时间。因此消除果蔬输运和储藏环境中的乙烯气体，延长果蔬保鲜期具有非常重要的经济价值。另外，工业废气和机动车排放的废气中也含有大量的乙烯，研究发现乙烯气体是引起光化学烟雾的主要成分之一，对空气质量产生不良影响。因此，消除环境中的乙烯气体对人类社会的健康可持续发展具有重要意义。

目前消除环境中乙烯的主要方法有物理吸附法、强氧化剂氧化法、热催化氧化法和光催化氧化法。

物理吸附法主要采用活性炭和粘土类材料，虽然这些物质的吸附能力较强，但被吸附的气体在高温或低压下容易发生脱附，并且这类材料处理气体的总量有限，不利于大规模推广应用。强氧化剂氧化法采用的强氧化剂主要有高锰酸钾和臭氧等，这些氧化剂虽然成本较低容易获得，但是它们使用寿命较短，需要经常更换，而且容易造成污染，易对人体和环境造成二次伤害。热催化氧化法具有很高的催化效率且可处理大流量的气体，但是热处理温度一般在250℃左右，耗能较大且催化剂上负载的贵金属成本较高，不利于大规模推广应用。光催化氧化法是利用太阳光在光催化剂上将有机气体污染物催化氧化，该方法设备工艺简单，绿色节能环保，具有广阔的市场应用前景。

目前光催化降解乙烯的研究中报道较多的是TiO₂光催化剂，但是其带隙较宽，对太阳光的利用率不高且量子效率较低，光催化氧化乙烯的能力较弱。因此开发高效、稳定的新型乙烯光催化净化材料具有重大意义。铌酸钾半导体被发现具有优异的光催化性能，在光解水和水净化等方面有少许文献报道。但是铌酸钾在光催化氧化有机气体污染物方面尚未见文献报道，且通过我们前期的实验，铌酸钾半导体在气体催化方面活性很差，通过贵金属担载之后，其光催化活性得到极大提升。据有关查新资料证明：迄今为止，贵金属担载的铌酸钾粉体的制备及用于光催化乙烯净化的研究工作，国内外尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于将贵金属担载的铌酸钾半导体用于光催化降解乙烯气体，贵金属担载的铌酸钾光催化剂对乙烯的光催化净化具有很好的光催化活性和稳定性。

本发明的技术方案如下，其特征在于：将贵金属担载的铌酸钾半导体用于光催化降解乙烯。所担载的贵金属可以为Pt、Au、Pd、Rh或RuO₂等中的任意一种；所述的光催化剂所担载的贵金属质量百分含量可调，范围处于0.1wt%至1wt%之间。

本发明促进了光催化降解乙烯净化技术的实用化。

附图说明

图1为Pt担载量不同的KNbO₃光催化剂在模拟太阳光下固定床降解乙烯气体的数据图。

图2为担载不同贵金属的KNbO₃光催化剂的透射电镜图。

图3为担载不同贵金属的KNbO₃光催化剂在模拟太阳光下固定床降解乙烯气体的数据图。

图4为0.7wt%Pt-KNbO₃光催化剂降解乙烯的催化活性稳定性数据图（a）和对应CO₂的生成量数据图（b）。

具体实施方式

以下结合附图具体说明本发明的技术方案和效果。

实施例1：

铌酸钾的制备：将0.01mol的Nb₂O₅和2.5M的KOH溶解在70mL去离子水中，磁力搅拌1小时，然后将混合溶液转移到100mL聚四氟乙烯反应釜中，密封后放入200℃烘箱中保持24小时，之后自然冷却至室温。将最终产物分别用去离子水和乙醇洗涤数次，抽滤并置于80℃烘箱中烘干，最终得到铌酸钾粉体。

贵金属担载：通过光沉积法在铌酸钾上担载不同含量的Pt助催化剂。将铌酸钾粉体分散在甲醇中，取适量H₂PtCl₆水溶液逐滴加入到甲醇溶液中并搅拌，将混合溶液置于300W Xe灯下照射2小时，即得到Pt担载量不同的Pt-KNbO₃光催化剂。

分别称取上述Pt-KNbO₃光催化剂0.15g，平铺到体积为450mL的光反应器底部，将反应器密封。用气体微量提取器向光反应器中注入90μL高纯乙烯气体。将反应器避光保持1小时，气体达到吸附脱附平衡，之后开启300W Xe灯光源。每隔5分钟取样，采用气相色谱仪检测反应器中乙烯气体浓度的变化。

测试结果如图1所示，在模拟太阳光辐照下，Pt的担载量对Pt-KNbO₃光催化剂的催化活性有较大影响。其中0.7wt%Pt-KNbO₃光催化剂表现出优异的光催化降解乙烯的活性，具有很强的实际应用价值。

实施例2：

按照实施例1中的方法制备铌酸钾粉体材料。

贵金属担载：通过光沉积法在铌酸钾上担载不同类型的贵金属助催化剂。将铌酸钾粉体分散在甲醇中，取适量贵金属前驱体溶液逐滴加入到甲醇溶液中并搅拌，使贵金属的质量百分含量为0.7wt%。将混合溶液置于300W Xe灯下照射2小时，即分别得到0.7wt%Pt-KNbO₃、0.7wt%Au-KNbO₃、0.7wt%Pd-KNbO₃、0.7wt%Rh-KNbO₃和0.7wt%RuO₂-KNbO₃光催化剂。

本发明的光催化剂固定床降解乙烯气体的光催化性能测试，在模拟太阳光下进行。实验过程如下：

分别称取上述各类光催化剂0.15g，平铺到体积为450mL的光反应器底部，将反应器密封。用气体微量提取器向光反应器中注入90μL高纯乙烯气体。将反应器避光保持1小时，气体达到吸附脱附平衡，之后开启300W Xe灯光源。每隔5分钟取样，采用气相色谱仪检测反应器中乙烯气体浓度的变化。

测试结果如图3所示，在模拟太阳光辐照下，与担载其它贵金属助催化剂的铌酸钾材料相比，0.7wt%Pt-KNbO₃光催化剂展现出优异的光催化降解乙烯的活性，35分钟内将乙烯全部降解。

实施例3：

0.7wt%Pt-KNbO₃光催化剂的光催化活性研究。将制得的0.7wt%Pt-KNbO₃光催化剂在固定床模式下，进行光催化降解乙烯气体的重复性测试。

测试结果如图4所示，0.7wt%Pt-KNbO₃光催化剂在经过5次循环降解乙烯气体后，仍然保持很高的光催化活性。实验表明，0.7wt%Pt-KNbO₃光催化剂对光催化降解乙烯具有很好的光催化活性和稳定性，在光催化降解气体污染物方面具有非常好的推广应用价值。

Claims

1.一种贵金属担载的铌酸钾光催化剂用于光催化降解乙烯技术，其特征在于：所使用的光催化剂为贵金属担载的铌酸钾粉体，并将制备的光催化剂用于乙烯气体的光催化降解。

2.根据权利要求1所述的一种贵金属担载的铌酸钾光催化剂用于光催化降解乙烯技术，其特征在于：采用光沉积法在铌酸钾粉体上担载贵金属，其中所担载的贵金属可以为Pt、Au、Pd、Rh或RuO₂中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种贵金属担载的铌酸钾光催化剂用于光催化降解乙烯技术，其特征在于：所述的光催化剂所担载的贵金属质量百分含量可调，范围处于0.1wt%至1wt%之间。