CN103922382B - 可见光响应微纳米分级多孔氧化铈的合成方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微纳米分级多孔氧化铈材料的合成方法，以植物叶片为生物模板，经过预处理，然后经浸渍入铈盐溶液、清洗、干燥等步骤后，通过分步煅烧并合理控制煅烧条件，使生物模板中富含的氮元素掺杂入氧化铈晶格中，复制生物本身的精细微纳米分级多孔结构，合成的材料富集能力强且对可见光具有较高的响应能力，该材料能够应用于有机废水的降解，在太阳光下对有机染料废水的净化效果好，具有明显的社会效益和经济效益。

Description

可见光响应微纳米分级多孔氧化铈的合成方法及应用
技术领域
本发明涉及一种氧化铈材料的合成方法及其在有机废水的降解方面的应用，具体涉及一种对可见光具有较高的响应能力的微纳米分级多孔氧化铈材料，在太阳光下对有机废水的净化能力高。
背景技术
对于有机染料废水的净化处理，关键技术有两点：一是如何富集化，二是如何无害化。开发一种集较强有效富集能力和高效无害化处理于一体的材料，可以大大节约成本并提高处理效率，是现今有潜力的环境保护材料研究趋势之一。微纳米分级多孔材料中既具有微米孔又具有纳米孔，纳米孔对有机污染物具有强的选择性吸附能力，微米孔则可作为纳米孔道输送来的有机污染物的储存空间，这些特点都是传统多孔吸附材料所不具有的。
光催化氧化技术在环境污染物治理方面显示出良好的应用前景。目前常用的二氧化钛光催化材料的禁带宽度约为3.2eV，只能利用太阳光中的紫外光部分，由于紫外光部分在太阳光谱中仅约占4%，所以二氧化钛对太阳光的利用率较低。氧化铈是一种半导体材料，能带间距约为2.7eV，能够利用可见光进行光催化反应，对可见光的利用率与二氧化钛相比有所提高。研究表明，在氧化物半导体材料中掺杂入氮元素，其阴离子可替代氧离子，使电子跃迁能量减少0.3eV以上，使光吸收边发生红移，大大提高可见光响应能力。
经对现有技术的文献检索，围绕可见光响应的制备有一些专利报道，如中国专利申请号201310102897.4，名称为“多组分多孔分级结构可见光催化剂的制备方法”，该专利以具有分级结构的蛋膜为模板合成了多组分多孔分级结构可见光催化剂；中国专利申请号201310071212.4，名称为“一种具有捕捉-催化性能的氧化铈/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂及其制备方法”，该专利合成了具有可见光响应的氧化铈/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂，但是上述专利利用的基体仍是无可见光响应能力的二氧化钛。因此，本发明致力于开发一种可见光响应度高、强吸附能力的微纳米分级多孔氧化铈材料，并将其用于有机染料废水的降解。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可见光响应的、强吸附能力的微纳米分级多孔氧化铈材料。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
可见光响应微纳米分级多孔氧化铈的合成方法，包括如下步骤：
S1、对生物模板进行预处理；生物模板是指具有微纳米分级多孔结构的植物叶片，如竹叶、枫叶或梨树叶等，具体地，预处理包括如下步骤：首先将生物模板用5%的稀盐酸浸泡2h，取出后用乙醇洗净，再用5%的稀盐酸浸泡2h，取出后再用乙醇洗净，然后在无水乙醇溶液中浸泡2h，取出后用清水反复漂洗干净并晾干。
S2、配制浓度为0.1-1mol/L的铈盐水溶液，将经过步骤S1预处理过的生物模板加入溶液中，浸渍12-24h；优选地，铈盐为硝酸铈、硫酸铈、氯化铈、乙酸铈中的一种。
S3、取出浸渍后的产物，进行清洗、干燥，然后在300-500℃下氮气保护气氛中煅烧1-3h，然后换成氧气气氛，升温至550-700℃煅烧1-3h，自然冷却后取出得到可见光响应微纳米分级多孔氧化铈；本步骤中的清洗具体是指：首先将样品用无水乙醇溶液清洗，然后再用去离子水洗净。
本发明的合成方法，以具有微纳米分级多孔结构的植物叶片为生物模板，经过预处理，然后经浸渍入铈盐溶液、清洗、干燥等步骤后，控制煅烧条件，使生物模板中富含的氮元素掺杂入氧化铈晶格中，复制生物本身的精细微纳米分级多孔结构，合成对可见光具有较高的响应能力的微纳米分级多孔氧化铈材料，该材料能够作为光催化剂应用于有机废水的降解，在太阳光下对有机染料废水的净化能力较高。
本发明的有益之处在于：本发明的合成方法工艺步骤和设备都较简单，原料廉价环保，生物模板容易去除且对环境无污染，有很好的工业推广价值；微纳米分级多孔氧化铈材料中的微米孔和纳米孔的结构匹配良好，有效提高了材料的吸附能力；通过分步煅烧，在氮气保护下对负载氧化铈前驱体的生物模板进行初步煅烧，避免了氮元素的氧化，提高了氮含量，促使氮元素进入氧化铈晶格，二步煅烧在氧气气氛下进行，此时氮原子与铈原子已经形成了化学键，550-700℃的煅烧无法破坏这样的化学键，从而合成出氮掺杂的氧化铈材料，大大提高了材料对可见光的利用率，增强了太阳光下对有机染料废水的净化处理效果。
附图说明
图1是本发明的实施例1制备出的微纳米分级多孔氧化铈材料的XRD图谱；
图2是本发明的实施例1制备出的微纳米分级多孔氧化铈材料的场发射扫描电镜图；
图3是本发明的实施例1制备出的微纳米分级多孔氧化铈材料的N1sX-射线光电子能谱图；
图4是本发明的实施例1制备出的微纳米分级多孔氧化铈材料与P25在可见光下的催化效果曲线对比图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
实施例1
将采集的毛竹竹叶进行预处理后待用，配置0.1mol/L的硝酸铈水溶液，搅拌溶解后，将经过预处理的竹叶加入溶液中，浸渍24小时，取出浸渍后产物，依次经过清洗、干燥，在300℃下氮气保护气氛下煅烧2小时，然后换成氧气气氛，升温至550℃煅烧3小时，冷却后取出，得到复制了毛竹竹叶结构的微纳米分级多孔氧化铈材料，其对可见光有较高的响应能力。
图1为本发明所制备的微纳米分级多孔氧化铈材料的XRD 图，从图中可以看出材料为面心立方相结构。在场发射扫描电镜下对样品结构进行观察，微纳米分级多孔氧化铈材料的场发射扫描电镜照片如图2所示，材料基本完全复制了竹叶表面结构，其微米孔直径5-10μm，其上富含纳米孔。图3为样品的N1sX-射线光电子能谱图，样品在397-402eV范围内出现明显的峰，表明利用竹叶为模板，成功的将生物氮掺杂入氧化铈材料，经过计算的氮含量为7.53%。
为了说明这种多孔材料的光催化能力，进行酸性黑10B的净化处理实验，实验条件为：光照时间为春秋季太阳光下10:00-15:00，称取0.1g预先制得的微纳米分级多孔氧化铈样品，加入到100mL盛放于锥形瓶的10mg/L的酸性黑10B水溶液中，间隔一定的时间取样，用紫外-可见光分光光度仪测定在光波长为503nm吸光度的变化，其吸光度大小与染料浓度成正比，从而可以反映染料降解情况，并以市售的二氧化钛P25粉为参照物，得到如图4所示的催化效果曲线，从中可看出，经过3小时后，以微纳米分级多孔氧化铈作为光催化剂的酸性黑10B溶液完全褪色，而P25作为光催化剂的溶液褪色率还不到50%，微纳米分级多孔氧化铈材料的可见光催化效率远高于P25，也就是说，微纳米分级多孔氧化铈材料的可见光响应度大大提高，净化能力与P25相比更佳。
实施例2
将采集的斑竹竹叶进行预处理后待用，配置1mol/L氯化亚铈水溶液，搅拌溶解后，将经过预处理的斑竹竹叶加入溶液中，浸渍16小时，取出浸渍后产物，依次经过清洗、干燥，在400℃下氮气气氛下保护煅烧2小时，接着换成氧气气氛，升温至700℃煅烧1小时，冷却后取出，得到复制了斑竹竹叶结构的微纳米分级多孔氧化铈材料，氮含量为4.78%，所制得的材料在太阳光下对有机染料酸性黑10B有明显的光催化脱色作用，经过3小时后，酸性黑10B溶液的脱色率约为80%。
实施例3
将采集的红枫枫叶进行预处理后待用，配置0.5mol/L硫酸铈水溶液，搅拌溶解后，将经过预处理的红枫枫叶加入溶液中，浸渍24小时，取出浸渍后产物，依次经过清洗、干燥，在500℃下氮气气氛下保护煅烧1小时，接着换成氧气气氛，升温至600℃煅烧2小时，冷却后取出，得到复制了红枫枫叶结构的微纳米分级多孔氧化铈材料，氮含量为5.76%，所制得的材料在太阳光下对有机染料酸性黑10B有明显的光催化脱色作用，经过3小时后，酸性黑10B溶液的脱色率约为85%。
实施例4
将采集的梨树叶进行预处理后待用，配置0.2mol/L乙酸铈水溶液，搅拌溶解后，将经过预处理的梨树叶加入溶液中，浸渍18小时，取出浸渍后产物，依次经过清洗、干燥，在350℃下氮气气氛下保护煅烧2小时，接着换成氧气气氛，升温至550℃煅烧2小时，冷却后取出，得到复制了梨树叶结构的微纳米分级多孔氧化铈材料，氮含量为6.57%，所制得的材料在太阳光下对有机染料酸性黑10B有明显的光催化脱色作用，经过3小时后，酸性黑10B溶液的脱色率约为94%。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.可见光响应微纳米分级多孔氧化铈的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对生物模板进行预处理，所述生物模板是具有微纳米分级多孔结构的植物叶片，所述预处理包括如下步骤：首先将生物模板用5%的稀盐酸浸泡2h，取出后用乙醇洗净，再用5%的稀盐酸浸泡2h，取出后再用乙醇洗净，然后在无水乙醇溶液中浸泡2h，取出后用清水反复漂洗干净并晾干；
S2、配制浓度为0.1-1mol/L的铈盐水溶液，将经过步骤S1预处理过的生物模板加入溶液中，浸渍12-24h；
S3、取出浸渍后的产物，进行清洗、干燥，然后在300-500℃下氮气保护气氛中煅烧1-3h，然后换成氧气气氛，升温至550-700℃煅烧1-3h，取出自然冷却后得到可见光响应微纳米分级多孔氧化铈。
2.根据权利要求1所述的可见光响应微纳米分级多孔氧化铈的合成方法，其特征在于，所述植物叶片为竹叶、枫叶或梨树叶。
3.根据权利要求1所述的可见光响应微纳米分级多孔氧化铈的合成方法，其特征在于，所述步骤S2中的铈盐为：硝酸铈、硫酸铈、氯化铈、乙酸铈中的一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的可见光响应微纳米分级多孔氧化铈的合成方法，其特征在于，所述步骤S3中的清洗包括：首先将样品用无水乙醇溶液清洗，然后再用去离子水洗净。
5.权利要求1所述的合成方法制得的可见光响应微纳米分级多孔氧化铈在有机废水降解中的应用。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107935057A (zh) * 2017-11-20 2018-04-20 陕西科技大学 一种基于樱花模板仿生制备氧化钴纳米颗粒材料的方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104190453B (zh) * 2014-08-01 2016-03-30 宁波大学 一种ZnO纳米花及其制备方法
CN106563436A (zh) * 2016-11-03 2017-04-19 苏州科技大学 生物结构碳/氧化铈人工光合材料的合成方法
CN108722401A (zh) * 2018-05-31 2018-11-02 吉林大学 一种仿生植物叶片状Au/ZnO异质结光催化剂及其制备方法
US11351532B2 (en) 2018-07-30 2022-06-07 Suzhou University of Science and Technology Photocatalytic composite material and preparation method and application thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100486959B1 (ko) * 2003-01-29 2005-05-03 한국화학연구원 나노 크기의 세리아 제조방법
CN101007269A (zh) * 2007-01-25 2007-08-01 上海交通大学 晶相可控的三维网络分级结构光催化材料的制备方法
CN101249952A (zh) * 2008-03-27 2008-08-27 上海交通大学 利用生物质模板制备自掺杂氮分级多孔氧化物的方法
CN103212400A (zh) * 2013-03-06 2013-07-24 山东大学 一种具有捕捉-催化性能的氧化铈/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100486959B1 (ko) * 2003-01-29 2005-05-03 한국화학연구원 나노 크기의 세리아 제조방법
CN101007269A (zh) * 2007-01-25 2007-08-01 上海交通大学 晶相可控的三维网络分级结构光催化材料的制备方法
CN101249952A (zh) * 2008-03-27 2008-08-27 上海交通大学 利用生物质模板制备自掺杂氮分级多孔氧化物的方法
CN103212400A (zh) * 2013-03-06 2013-07-24 山东大学 一种具有捕捉-催化性能的氧化铈/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
以枫叶为模板合成分级多孔氧化铈材料及其催化性能;陈丰等;《无机材料学报》;20120131;第27卷(第1期);第70页左栏第3段 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107935057A (zh) * 2017-11-20 2018-04-20 陕西科技大学 一种基于樱花模板仿生制备氧化钴纳米颗粒材料的方法

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