CN106315749B - 一种无定型光催化剂的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无定型光催化剂Co4I3O24H15·3H2O的应用。在室温下，用可见光进行照射，以有机染料污染物为底物，以Co4I3O24H15·3H2O为光催化剂进行光催化降解。本发明Co4I3O24H15·3H2O作为一种无定型半导体，具有显著的光催化性能，解决了现有光催化剂严重依赖晶态半导体的问题。本发明的无定型光催化剂Co4I3O24H15·3H2O，光催化活性明显高于商用二氧化钛P25，有效改善了现有光催化剂降解活性低的问题；且因其无定型，在制备上不需高温焙烧或高温水热处理，能够明显节能，有利于推广应用。

Description

一种无定型光催化剂的应用
技术领域
本发明属于环境治理中的光催化技术领域，涉及Co4I3O24H15·3H2O化合物作为一种无定型光催化剂在有机染料污染物降解中的应用。
背景技术
以半导体为光催化剂的光催化技术可在室温下直接利用太阳光将污染物高效地氧化降解。因此，通过光催化技术，充分利用太阳光来降解污染物是目前环境污染治理的一条有利途径。因紫外光只占太阳光总能量的4％左右，而可见光占46％左右，所以利用太阳能的关键在于利用太阳光中的可见光。因此，可见光响应型的光催化剂在当今环境治理领域具有重要的应用前景。
绝大多数光催化剂为晶态半导体。一般认为，无定型半导体因缺陷位多，在作为光催化剂时其光生载流子的复合严重，从而难以表现出光催化性能。近期研究表明，某些无定型半导体，如无定型TiO2和BiVO4等，掺杂到晶态半导体以后，能提高晶态半导体的光催化性能，从而形成一种复合光催化剂。本身具有光催化性能的无定型半导体目前极少见诸报道。
因为不含晶态结构，无定型半导体的制备不涉及产生晶态结构的高温焙烧或高温水热操作，因此简便而节能，这有利于无定型光催化剂的大规模推广应用。无定型光催化剂的发展和研究不仅能加深对光催化作用机理的理解，而且能促进光催化技术的实用化进程。
Co4I3O24H15·3H2O是一种无机化合物，为具有无定型结构的墨绿色粉末，不溶于水。虽然它的制备方法和组成鉴定早已有文献报道，但目前尚未有专利和文献报道Co4I3O24H15·3H2O的应用研究，尤其它作为光催化剂的应用研究。
发明内容
本发明目的在于提供一种无定型光催化剂Co4I3O24H15·3H2O在环境治理领域的新应用，从而拓宽其应用范围。
本发明的技术方案为：
一种无定型光催化剂的应用，Co4I3O24H15·3H2O作为光催化剂降解有机染料污染物，具体应用的步骤为：
(1)在室温(20-25℃)下，用可见光进行照射，以有机染料污染物为底物，以Co4I3O24H15·3H2O为光催化剂进行光催化降解；
(2)Co4I3O24H15·3H2O光催化剂的活性评价：测定有机染料污染物的降解速率，以其完全降解所需的时间来衡量其活性。
上述的无定型光催化剂的应用，所述的有机染料污染物优选罗丹明B。
上述的无定型光催化剂的应用，所述的可见光的波长大于420nm。
本发明的有益效果在于：
(1)目前，绝大多数光催化剂为晶态半导体，本身具有光催化性能的无定型半导体极少见诸报道。发明人在研究过程中，出乎意料地发现Co4I3O24H15·3H2O作为一种无定型半导体，不仅具有光催化作用，而且性能良好，解决了现有光催化剂严重依赖晶态半导体的问题。
(2)本发明的Co4I3O24H15·3H2O光催化活性高，实验结果表明，其光催化活性明显高于商用二氧化钛P25，有效改善了现有光催化剂降解活性低的问题。
(3)本发明的光催化剂Co4I3O24H15·3H2O由于无定型，在制备上不需高温焙烧或高温水热处理，制备条件温和简便，能够显著节能，从而其工业化应用前景非常好。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的Co4I3O24H15·3H2O催化剂的SEM图。
图2为本发明实施例1制备的Co4I3O24H15·3H2O催化剂的EDS结果。
图3为本发明实施例1制备的Co4I3O24H15·3H2O催化剂的UV-Vis DRS谱图图。
图4为本发明实施例1制备的Co4I3O24H15·3H2O催化剂的XRD图。
图5为本发明实施例制备的Co4I3O24H15·3H2O，以及Degussa P25光催化剂降解罗丹明B染料的活性结果图。其中，C0为光催化剂加入前罗丹明B的初始浓度，即8.0mg/L，C为光催化过程中任一时刻下罗丹明B的浓度。
具体实施方式
下面是本发明Co4I3O24H15·3H2O应用研究的具体实施例，以下实施例旨在进一步详细说明本发明，而非限制本发明。
实施例
(1)Co4I3O24H15·3H2O的制备：
将25mmol偏高碘酸钠溶于75mL去离子水，然后加入9.8mL的70wt％的HClO4水溶液。将此溶液连续搅拌，同时将30mmol的Na3Co(CO3)3加入。当反应产生的CO2气体释放完毕后，再加入20mL的70wt％的HClO4水溶液。搅拌1h后，将所得混合物过滤，取生成的墨绿色固体。在80℃下，将墨绿色固体加到200mL去离子水中，使之充分溶解。除去不溶物之后，在所得溶液中加入适量的质量分数为70％的HClO4水溶液，使所得溶液的HClO4浓度保持为2mol/L。将溶液在室温下静置24h后，收集析出的墨绿色沉淀。将沉淀分离后，在60℃下干燥12h，即得Co4I3O24H15·3H2O样品。
(2)Co4I3O24H15·3H2O的表征：
从图1的SEM图可见，Co4I3O24H15·3H2O样品具有2-20um大小的无规则形貌。图2的SEM图的EDS结果显示，样品的所含原子Co、I、O个数比例接近为4:3:27，这说明Co4I3O24H15·3H2O样品成功制备。从图3可见，Co4I3O24H15·3H2O样品能吸收400-700nm范围的可见光，说明其本质是一种半导体。从图4可见，Co4I3O24H15·3H2O的XRD图上没有明显的衍射峰，说明是一种典型的无定型半导体。
(3)Co4I3O24H15·3H2O作为光催化剂降解染料污染物的活性评价：
将所得Co4I3O24H15·3H2O样品以罗丹明B为降解底物，进行光催化活性评价，并将其活性结果与二氧化钛商品Degussa P25对比。
光催化活性测试方案为：将75mg光催化剂置于100mL浓度为8mg/L的罗丹明B水溶液(盛装于500mL的敞口烧杯)中，室温下避光搅拌60min，使染料分子在光催化剂表面达到吸附–脱附平衡。然后打开300W氙灯(PLS-SXE300、北京泊菲莱科技有限公司)，用滤光片滤去波长低于420nm的光，罗丹明B溶液液面位于氙灯正下方，液面与灯管中心之间的距离为14厘米。分别在不同时间点取样，离心分离后取上清液，将上清液稀释得到试样。用紫外分光光度计(TU-1810、北京普析通用仪器有限公司)测定试样在553nm处的吸光度，根据浓度-吸光度标准曲线推算试样的罗丹明B浓度。
由图5可见，Co4I3O24H15·3H2O光催化剂在40min以内将罗丹明B完全降解，而Degussa P25在60min时仍不能完全降解罗丹明B。在60min以内的任意时间点，以Co4I3O24H15·3H2O为光催化剂降解得到的罗丹明B浓度，均低于以Degussa P25为光催化剂降解得到的浓度。因此，Co4I3O24H15·3H2O光催化剂的活性明显高于P25。
以上结果表明，Co4I3O24H15·3H2O作为一种无定型半导体，具有较高的光催化性能，进一步修正了无定型半导体因缺陷位多，难以表现光催化性能的偏见，拓宽了光催化技术的研究范围。

Claims (3)

1.一种无定型光催化剂的应用，其特征在于，Co4I3O24H15·3H2O作为光催化剂降解有机染料污染物，具体应用的步骤为：
(1)在室温下，用可见光进行照射，以有机染料污染物为底物，以Co4I3O24H15·3H2O为光催化剂进行光催化降解；
(2)Co4I3O24H15·3H2O光催化剂的活性评价：测定有机染料污染物的降解速率，以其完全降解所需的时间来衡量其活性。
2.根据权利要求1所述的无定型光催化剂的应用，其特征在于：所述的有机染料污染物为罗丹明B。
3.根据权利要求1或2所述的无定型光催化剂的应用，其特征在于：所述的可见光的波长大于420nm。
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