CN108043387A - 一种碳掺杂光催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种碳掺杂光催化剂的制备方法。依次包括如下步骤：将水稻秸秆粉碎后在限氧条件下加热到300～450℃，保持该温度3～5h，将水稻秸秆部分碳化；2)将部分碳化后的水稻秸秆粉末和五氧化二钽粉末按质量比4～6：1混匀，加入少量去离子水，调成糊状，继续混合均匀，在部分碳化后的水稻秸秆粉末和五氧化二钽充分混合后，转入高压釜中，在1h内升温到150～180℃，继续反应4～8h，自然冷却到室温，在该过程中形成钽酸钾，再用去离子水洗2～3遍，烘干，研磨，即可得到一种碳掺杂光催化剂。在二氧化硅的表面形成碳掺杂的钽酸钾沉淀，该结构有利于吸附和催化污染物，并有利于电子传递，提高催化效果。
Description
技术领域
本发明涉及环境污染控制新材料的开发，尤其涉及一种碳掺杂光催化剂的制备方法。
背景技术
利用半导体材料分解水以及光催化氧化降解有机污染物是目前能源和环境净化领域的研究热点。研发新型、高效、可见光响应的光催化材料，提高对太阳光的利用率已经成为光催化领域亟需解决的关键问题，也是最终实现光催化技术产业化应用的前提。对可见光响应的光催化剂的研究有两大思路：一种是对已有的紫外光响应的光催化材料进行修饰改性，使其光响应区拓展到可见光范围；另一种思路是开发及设计合成新型的可见光响应的窄带隙半导体催化材料。
中国的秸秆资源十分丰富,每年产生约有6～8亿吨秸秆，其中水稻秸秆的产量最多，而且这个数字正逐年增加。由于秸秆燃烧可能是造成空气污染的重要污染源,目前政府正严格控制秸秆焚烧的现象。虽然有研究表明作物秸秆还田可以提高土壤肥力同时还能减少空气污染，但从经济的角度讲，并不是最好的选择。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术中的不足，提供一种碳掺杂光催化剂的制备方法。
本发明采用的技术方案是依次包括如下步骤：
1)将水稻秸秆粉碎后在限氧条件下加热到300～450℃，保持该温度3～5h，将水稻秸秆部分碳化；
2)将部分碳化后的水稻秸秆粉末和五氧化二钽粉末按质量比4～6：1混匀，加入少量去离子水，调成糊状，继续混合均匀，在部分碳化后的水稻秸秆粉末和五氧化二钽充分混合后，转入高压釜中，在1h内升温到150～180℃，继续反应4～8h，自然冷却到室温，在该过程中形成钽酸钾，再用去离子水洗2～3遍，烘干，研磨，即可得到一种碳掺杂光催化剂。
本发明的优点是：利用部分碳化后的水稻秸秆本身所含的碳质、碳酸钾以及丰富的无定形二氧化硅，在二氧化硅的表面形成碳掺杂的钽酸钾沉淀，该结构有利于吸附和催化污染物，并有利于电子传递，提高催化效果。
具体实施方式
以下进一步提供本发明的3个实施例：
实施例1
将水稻秸秆粉碎后在限氧条件下加热到450℃，保持该温度5h，将水稻秸秆部分碳化；将部分碳化后的水稻秸秆粉末和五氧化二钽粉末按质量比6：1混匀，加入少量去离子水，调成糊状，继续混合均匀，在部分碳化后的水稻秸秆粉末和五氧化二钽充分混合后，转入高压釜中，在1h内升温到180℃，继续反应8h，自然冷却到室温，在该过程中形成钽酸钾，再用去离子水洗3遍，烘干，研磨，即可得到一种碳掺杂光催化剂。
将制得的碳掺杂光催化剂用于处理含亚甲基蓝废水：0.5g碳掺杂光催化剂加入到50mL浓度为25mg/L的亚甲基蓝废水中，在25W紫外灯照射下，反应30min，脱色率为96.3％。
在相同条件下，同样质量的钽酸钾对相同废水的去除率仅为65.6％。经过碳掺杂钽酸钾对污染物去除效率大大提高。
实施例2
将水稻秸秆粉碎后在限氧条件下加热到300℃，保持该温度3h，将水稻秸秆部分碳化；将部分碳化后的水稻秸秆粉末和五氧化二钽粉末按质量比4：1混匀，加入少量去离子水，调成糊状，继续混合均匀，在部分碳化后的水稻秸秆粉末和五氧化二钽充分混合后，转入高压釜中，在1h内升温到150℃，继续反应4h，自然冷却到室温，在该过程中形成钽酸钾，再用去离子水洗2遍，烘干，研磨，即可得到一种碳掺杂光催化剂。
将制得的碳掺杂光催化剂用于处理含亚甲基蓝废水：0.5g碳掺杂光催化剂加入到50mL浓度为25mg/L的亚甲基蓝废水中，在25W紫外灯照射下，反应30min，脱色率为95.2％。
在相同条件下，同样质量的钽酸钾对相同废水的去除率仅为66.8％。经过碳掺杂钽酸钾对污染物去除效率大大提高。
实施例3
将水稻秸秆粉碎后在限氧条件下加热到350℃，保持该温度4h，将水稻秸秆部分碳化；将部分碳化后的水稻秸秆粉末和五氧化二钽粉末按质量比5：1混匀，加入少量去离子水，调成糊状，继续混合均匀，在部分碳化后的水稻秸秆粉末和五氧化二钽充分混合后，转入高压釜中，在1h内升温到160℃，继续反应7h，自然冷却到室温，在该过程中形成钽酸钾，再用去离子水洗3遍，烘干，研磨，即可得到一种碳掺杂光催化剂。
将制得的碳掺杂光催化剂用于处理含金橙II废水：0.5g碳掺杂光催化剂加入到50mL浓度为25mg/L的金橙II废水中，在25W紫外灯照射下，反应30min，脱色率为97.2％。
在相同条件下，同样质量的钽酸钾对相同废水的去除率仅为68.9％。经过碳掺杂钽酸钾对污染物去除效率大大提高。
Claims (1)
1.一种碳掺杂光催化剂的制备方法，其特征是依次包括如下步骤：将水稻秸秆粉碎后在限氧条件下加热到300～450℃，保持该温度3～5h，将水稻秸秆部分碳化；将部分碳化后的水稻秸秆粉末和五氧化二钽粉末按质量比4～6：1混匀，加入少量去离子水，调成糊状，继续混合均匀，在部分碳化后的水稻秸秆粉末和五氧化二钽充分混合后，转入高压釜中，在1h内升温到150～180℃，继续反应4～8h，自然冷却到室温，在该过程中形成钽酸钾，再用去离子水洗2～3遍，烘干，研磨，即可得到一种碳掺杂光催化剂。
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