CN109692698A - 一种催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂及其制备方法 - Google Patents
一种催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109692698A CN109692698A CN201811634934.5A CN201811634934A CN109692698A CN 109692698 A CN109692698 A CN 109692698A CN 201811634934 A CN201811634934 A CN 201811634934A CN 109692698 A CN109692698 A CN 109692698A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- photochemical catalyst
- nano
- reduction
- sheet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 title claims description 5
- 229910009819 Ti3C2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 64
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 50
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 25
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 claims abstract description 16
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910009818 Ti3AlC2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 21
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 14
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229960000935 dehydrated alcohol Drugs 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 11
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 10
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 9
- 229960004756 ethanol Drugs 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 6
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 claims description 6
- 239000000779 smoke Substances 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 7
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 abstract description 5
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 29
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 9
- 229960002050 hydrofluoric acid Drugs 0.000 description 9
- 235000019391 nitrogen oxide Nutrition 0.000 description 9
- 239000000047 product Substances 0.000 description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 229960003753 nitric oxide Drugs 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 3
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 3
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001634884 Cochlicopa lubricella Species 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 241000446313 Lamella Species 0.000 description 1
- 241000207961 Sesamum Species 0.000 description 1
- 235000003434 Sesamum indicum Nutrition 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003916 acid precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003426 co-catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen(.) Chemical compound [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003504 photosensitizing agent Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000013102 re-test Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000010148 water-pollination Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/20—Carbon compounds
- B01J27/22—Carbides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/8621—Removing nitrogen compounds
- B01D53/8625—Nitrogen oxides
- B01D53/8628—Processes characterised by a specific catalyst
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
- B01D53/9409—Nitrogen oxides
- B01D53/9413—Processes characterised by a specific catalyst
-
- B01J35/39—
-
- B01J35/40—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2258/00—Sources of waste gases
- B01D2258/02—Other waste gases
- B01D2258/0283—Flue gases
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/30—Capture or disposal of greenhouse gases of perfluorocarbons [PFC], hydrofluorocarbons [HFC] or sulfur hexafluoride [SF6]
Abstract
本发明公开了一种催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂及其制备方法,属于光催化技术领域,该Bi/Ti3C2光催化剂是由Bi颗粒附着在Ti3C2纳米片层结构上形成的,其制备方法为:1)将氢氟酸溶液和Ti3AlC2粉末混合进行处理制取中间产物;2)将中间产物加入到二甲基亚砜溶剂中进行处理制取Ti3C2粉末;3)将Ti3C2粉末和Bi(NO3)3·5H2O粉末在离子水中混合进行后续处理得到Bi/Ti3C2样品,本发明的Bi/Ti3C2光催化剂催化效果好,不仅可以对空气中的NOx有很好的去除效果,而且还可以用于在含NOx的尾气处理设备上。
Description
技术领域
本发明属于光催化技术领域,具体涉及一种Bi/Ti3C2纳米片催化还原NOx光催化剂的方法及其应用。
背景技术
一氧化氮是引起酸雨和雾霾的主要原因,是大气环境问题的气体污染源之一,其主要来源于炉内燃烧。因此,开发一种高效、经济地解决污染问题的技术是当务之急。
半导体光催化是一种很有前途的ppb级脱硝技术,由于其具有高效环保的优点,在解决世界能源短缺方面具有潜在的应用价值。铋是一种典型的半金属材料,具有极小的有效质量、大的平均自由程、长的费米波长、高的载流子迁移率和小的能带重叠等一系列独特的性质,引起了人们的极大兴趣。此外,在Bi元素中观察到的纳米限制效应允许在几十纳米的直径上发生半金属-半导体转变。与Au和Ag相似,发现Bi具有等离子体的性质。铋由于具有光敏化或窄能隙,在光催化领域也有应用,但是由于其在自然光条件下性能不稳定,光催化效率低,因此,使其在实际应用时受限。MXene作为一类新型二维纳米材料于2011年首次报道,主要通过氧氟酸选择性的腐蚀除去原料MAX相中的A成分制备得到。MXene是一种新型过渡金属碳化物二维材料,具有类石墨烯结构,由于其独特的二维层状结构、较大的比表面积、良好的电容性和亲水性,使其广泛应用于产氢,二氧化碳还原,液体催化等领域。但还没涉及气体催化这一领域。我们把MXene当作助催化剂,可作为光生电子传输方向的介质,半金属Bi产生的电子,被MXene捕获,从而提高光生电子的利用率,增强光催化降解气体NOx的效率。
发明内容
为了克服现有的空气污染严重Bi颗粒和Ti3C2单独使用对NOx的去除率低且光催化性能不稳定的问题,本发明提出了一种催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂,其在自然光条件下催化性能稳定,催化率高,特别是对NOx的催化降解性能更突出。
同时还提供了上述催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂的制备方法及其对NOx的催化降解方面的应用。
本发明所采用的技术方案是:
一种催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂,所述光催化剂是由Bi颗粒附着在Ti3C2纳米片层结构上形成的Bi/Ti3C2纳米片,其比表面积为13~30m2/g。
进一步限定,所述Bi颗粒的平均粒度为50-100nm,所述Ti3C2纳米片层结构的厚度为5-50nm。
上述的催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂的制备方法,其包括以下步骤:
(1)将氢氟酸溶液加入到放有Ti3AlC2粉末的水热釜聚四氟乙烯内胆中,在水热釜达到40~60℃时磁力搅拌32~48小时,利用离心提取反应后的粉末,取上层粉末,用去离子水将其洗涤至中性,之后再用乙醇洗涤,在70~80℃条件下干燥10~15h,得到中间产物;
(2)将中间产物加入到二甲基亚砜溶剂中,常温下磁力搅拌10~15h;通过离心去除残留液体,用去离子水和无水乙醇洗涤,在70~80℃条件下干燥10~15h,得到Ti3C2粉末样品;
(3)取Ti3C2粉末加入到去离子水中,在自然环境下超声处理,然后加入Bi(NO3)3·5H2O粉末,采用磁力搅拌技术搅拌30~60min,然后逐滴滴入硼氢化钠溶液,搅拌1~3h,用去离子水和无水乙醇洗涤,得到Bi/Ti3C2样品。
进一步限定,所述步骤(1)中在水热釜达到40℃时搅拌48h,上层粉末用乙醇洗涤之后在80℃条件下干燥12h;所述步骤(2)中中间产物用无水乙醇洗涤之后,在80℃条件下干燥12h,得到Ti3C2粉末样品;所述步骤(3)中磁力搅拌技术搅拌的时间为30min,滴入硼氢化钠溶液之后搅拌时间为2h。
进一步限定,所述氢氟酸与Ti3AlC2粉末的质量比为5~15:1。
进一步限定,所述Ti3C2粉末与Bi(NO3)3·5H2O粉末的质量比为1:0.1~0.5。
上述的催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂用于降解空气中NOx方面的应用,具体的使用方法包括以下步骤:将上述的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂与涂料混合,其中Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂的质量百分比为30~50wt%,将其涂敷在锅炉烟气和汽车尾气的脱硝处理设备上,在可见光条件下催化还原NOx。
还可以是,具体的使用方法包括以下步骤:将上述的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂与水混合,其中Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂的质量百分比为5~10wt%,将其以喷雾方式喷洒在路面上,在可见光条件下催化还原空气中的NOx。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1、本发明所提供的Bi/Ti3C2光催化剂是由Bi颗粒附着在Ti3C2片层结构的表面形成的,半金属Bi中自由电子在Ti3C2片层上集体激发引起SPR现象,使其具有强烈的共振光吸收以及近场和散射增强,使其在可见光条件下光催化活性稳定,而且与Ti3C2片层协同作用可催化还原空气中的NOx,其催化还原效果与单独的Bi颗粒和Ti3C2复合光催化剂相比,具有更好的去除效果。
2、本发明所提供的Bi/Ti3C2光催化剂在催化还原NOx时中间产物如NO2的转化率极低,几乎无副产物产生,避免产生二次污染。
3、本发明的Bi/Ti3C2光催化剂在可见光、室温条件下性能稳定,重复使用5次,性能基本无衰退,其使用寿命常。
4、本发明的Bi/Ti3C2光催化剂还可以应用在锅炉烟气和汽车尾气等含NOx气体的处理设备上,对锅炉烟气和汽车尾气等进行初级脱硝处理,从根源上降低空气中的NOx含量。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的Ti3C2样品的SEM图谱;
图2为本发明实施例1制备的Bi/Ti3C2样品的SEM图谱;
图3为本发明实施例1~3制备的Bi/Ti3C2样品与纯Bi以及纯Ti3C2对NOx降解对比曲线图;
图4为实施例1提供的Bi/Ti3C2样品对NOx降解稳定性曲线图;
图5为实施例1所制备Bi/Ti3C2光催化剂与纯Bi以及纯Ti3C2对NO2生成图谱。
具体实施方式
现结合附图及实施例对本发明的技术方案及应用进行进一步的说明,但其实施方法不作为对本发明的限定。
本发明的催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂是由Bi颗粒附着在Ti3C2纳米片层结构上形成的Bi/Ti3C2纳米片,其Bi颗粒的平均粒度大小为50-100nm,Ti3C2纳米片层为层叠的酥饼状结构,其平均片层厚度为5-50nm,Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂的可见光吸收边带为500nm左右,比表面积为13~30m2/g。
实施例1
本实施例制备催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂的方法,主要由以下步骤实现:
(1)将30ml、50%体积浓度的氢氟酸溶液加入到放有3.0g Ti3AlC2粉末(氢氟酸与Ti3AlC2粉末的质量比为5:1)的水热釜聚四氟乙烯内胆中,在水热釜40℃时磁力搅拌48h,利用离心提取反应后的粉末,取上层粉末,用去离子水洗涤至中性,之后再用乙醇洗涤两次,在80℃条件下干燥12h,得到中间产物;
(2)将中间产物加入到二甲基亚砜溶剂中,常温下磁力搅拌12h;通过离心去除残留液体,用去离子水洗涤三次,无水乙醇洗涤一次,在80℃条件下干燥12h,得到Ti3C2粉末样品。
(3)将步骤(2)的Ti3C2粉末样品0.02g加入到30mL去离子水中,在自然环境下超声处理;加入0.0464g Bi(NO3)3·5H2O粉末(Ti3C2粉末与Bi(NO3)3·5H2O粉末的质量比为:1:0.1),采用磁力搅拌技术搅拌30min;逐滴滴入1mL 0.38mmol/L的硼氢化钠溶液,搅拌3h,用去离子水洗涤三次,无水乙醇洗涤两次,得到10wt%Bi/Ti3C2样品。
通过SEM扫描电镜对本实施例步骤(2)所得Ti3C2粉末样品(图1)与步骤(3)所得Bi/Ti3C2样品(图2)进行观察,其结果分别如图1和图2所示。从图1和图2中可以看出Ti3C2纳米片层数薄且少,层间距较大,而图2的Bi颗粒附着在Ti3C2的表面上之后,Bi颗粒的平均粒度在50-100nm,而且Bi颗粒的性能稳定。
经分析,所得Bi/Ti3C2样品平均比表面积为13~30m2/g,Bi颗粒的平均粒度为50-100nm,Ti3C2纳米片层结构的厚度为5-50nm。
实施例2
本实施例制备催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂的方法,主要由以下步骤实现:
(1)将60ml、50%体积浓度的氢氟酸溶液加入到放有3.0g Ti3AlC2粉末(氢氟酸与Ti3AlC2粉末的质量比为10:1)的水热釜聚四氟乙烯内胆中,在水热釜50℃时磁力搅拌40h,利用离心提取反应后的粉末,取上层粉末,用去离子水洗涤至中性,之后再用乙醇洗涤两次,在70℃条件下干燥15h,得到中间产物;
(2)将中间产物加入到二甲基亚砜溶剂中,常温下磁力搅拌10h;通过离心去除残留液体,用去离子水洗涤三次,无水乙醇洗涤一次,在70℃条件下干燥15h,得到Ti3C2粉末样品。
(3)将步骤(2)的Ti3C2粉末样品0.02g加入到30mL去离子水中,在自然环境下超声处理,加入0.1393g Bi(NO3)3·5H2O粉末(Ti3C2粉末与Bi(NO3)3·5H2O粉末的质量比为:1:0.3),采用磁力搅拌技术搅拌45min;逐滴滴入3mL 0.38mmol/L的硼氢化钠溶液,搅拌2h,用去离子水洗涤三次,无水乙醇洗涤两次,得到30wt%Bi/Ti3C2样品。
实施例3
本实施例制备催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂的方法,主要由以下步骤实现:
(1)将90ml、50%体积浓度的氢氟酸溶液加入到放有3.0g Ti3AlC2粉末(氢氟酸与Ti3AlC2粉末的质量比为15:1)的水热釜聚四氟乙烯内胆中,在水热釜60℃时磁力搅拌32h,利用离心提取反应后的粉末,取上层粉末,用去离子水洗涤至中性,之后再用乙醇洗涤两次,在75℃条件下干燥10h,得到中间产物;
(2)将中间产物加入到二甲基亚砜溶剂中,常温下磁力搅拌15h;通过离心去除残留液体,用去离子水洗涤三次,无水乙醇洗涤一次,在75℃条件下干燥10h,得到Ti3C2粉末样品。
(3)将步骤(2)的Ti3C2粉末样品0.02g加入到30mL去离子水中,在自然环境下超声处理;加入0.2321g Bi(NO3)3·5H2O粉末(Ti3C2粉末与Bi(NO3)3·5H2O粉末的质量比为:1:0.5),采用磁力搅拌技术搅拌60min;逐滴滴入5mL 0.38mmol/L的硼氢化钠溶液,搅拌1h,用去离子水洗涤三次,无水乙醇洗涤两次,得到50wt%Bi/Ti3C2样品。
为了进一步验证其可见光条件下的催化性能,本发明通过下述实验进行说明,具体如下:
1、去除率
1)将0.108g实施例1~3所得的Bi/Ti3C2分别溶于3个盛放15mL去离子水的容器中,超声处理5min后,均匀地倒入直径10cm的培养皿中,然后放入80℃的烘箱中,干燥12h,将干燥好的样品放入氮氧化物仪器的反应槽里,通入430ppb浓度的氮氧化物;
2)当氮氧化物分析仪中的浓度稳定时,打开300W的氙灯,反应30min后,关闭光源;
3)取出各样品,分别进行分析。
并将上述实施例1~3的各样品实验结果与纯Bi颗粒、纯Ti3C2作比较,结果如下表1和图3、4所示。
表1各样品的NOx的去除率对比
项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 纯Bi颗粒 | 纯Ti<sub>3</sub>C<sub>2</sub> |
NO<sub>x</sub>的去除率 | 26% | 32% | 54% | 14% | 2% |
2、稳定性
将实施例2的30wt%Bi/Ti3C2复合光催化剂重复测试5次,具体步骤如下:
1)将实施例2制备的30wt%Bi/Ti3C2取0.108g溶于15mL去离子水中,超声处理5min后,均匀地倒入直径10cm的培养皿中,然后放入80℃的烘箱中,干燥12h。将干燥好的样品放入氮氧化物仪器的反应槽里,通入430ppb浓度的氮氧化物;
2)当氮氧化物分析仪中的浓度稳定时,打开300W的氙灯,反应30min后,关闭光源;
3)待分析仪中检测的浓度低于50ppb的时候,开始通入430ppb浓度的氮氧化物,当氮氧化物分析仪中的浓度稳定时,打开300W的氙灯,反应30min后,关闭光源;
4)重复以上步骤4次,取出样品。
结果如图4所示,参见图4可以看出,30wt%Bi/Ti3C2复合光催化剂在可见光条件下的光催化活性非常稳定,在重复5次后对NOx的处理效果基本相同,保持性能稳定。
3、比表面积BET
根据氮气的吸附-脱附来测试本发明的Bi/Ti3C2复合光催化剂的比表面积BET,Bi颗粒的比表面积大小是9.29m2/g,孔径为2.5nm,Ti3C2样品的比表面积大小是42.31m2/g,孔径为1.26nm。当Bi颗粒负载到Ti3C2后,30wt%Bi/Ti3C2样品的比表面积大小15.64m2/g,孔径为1.96nm,相比于Ti3C2样品的比表面积大小明显减小,而对于Bi颗粒的比表面积大小增加不少,说明复合后的性能不是其简单的组合叠加。
4、NOx的降解效果
从图5可以看出,在可见光照射30min后,Bi颗粒光催化剂产生的中间有毒有害产物NO2浓度为30ppb,Ti3C2纳米片光催化剂产生的中间产物NO2浓度为7.5ppb,Bi/Ti3C2复合光催化剂产生的中间有毒产物NO2浓度为17ppb。而纯的Ti3C2本身对光催化降解NOx的效果并不明显,所以产生的中间有毒产物NO2浓度很低,而复合结构产生的中间有毒产物相比于纯的Bi颗粒光催化剂减少了一半左右。
用同样的方法对其它实施例的效果进行验证,结果与上述实验结果相近,因此,本发明的Bi/Ti3C2光催化剂不仅可以应用于催化还原空气中的NOx,也可以应用于含NOx的气体处理设备上,其性能稳定。
将上述实施例1~3所制备的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂与涂料混合,其中Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂的质量百分比为30~50wt%,将其涂敷在锅炉烟气和汽车尾气的脱硝处理设备上,在可见光条件下催化还原NOx,即可实线氮氧化物的初步脱硝处理。
此外,还可以将其与水混合,其中Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂的质量百分比为5~10wt%,将其以喷雾方式喷洒在路面上,在可见光条件下催化还原NOx,处理汽车尾气中的NOx,而且其中间产物NO2产生少。
Claims (9)
1.一种催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂,其特征在于,所述光催化剂是由Bi颗粒附着在Ti3C2纳米片层结构上形成的Bi/Ti3C2纳米片,其比表面积为13~30m2/g。
2.如权利要求1所述的催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂,其特征在于,所述Bi颗粒的平均粒度为50-100nm,所述Ti3C2纳米片层结构的厚度为5-50nm。
3.权利要求1所述的催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将氢氟酸溶液加入到放有Ti3AlC2粉末的水热釜聚四氟乙烯内胆中,在水热釜达到40~60℃时磁力搅拌32~48小时,利用离心提取反应后的粉末,取上层粉末,用去离子水将其洗涤至中性,之后再用乙醇洗涤,在70~80℃条件下干燥10~15h,得到中间产物;
(2)将中间产物加入到二甲基亚砜溶剂中,常温下磁力搅拌10~15h;通过离心去除残留液体,用去离子水和无水乙醇洗涤,在70~80℃条件下干燥10~15h,得到Ti3C2粉末样品;
(3)取Ti3C2粉末加入到去离子水中,在自然环境下超声处理,然后加入Bi(NO3)3·5H2O粉末,采用磁力搅拌技术搅拌30~60min,然后逐滴滴入硼氢化钠溶液,搅拌1~3h,用去离子水和无水乙醇洗涤,得到Bi/Ti3C2样品。
4.如权利要求3所述的催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中在水热釜达到40℃时搅拌48h,上层粉末用乙醇洗涤之后在80℃条件下干燥12h;所述步骤(2)中中间产物用无水乙醇洗涤之后,在80℃条件下干燥12h,得到Ti3C2粉末样品;所述步骤(3)中磁力搅拌技术搅拌的时间为30min,滴入硼氢化钠溶液之后搅拌时间为2h。
5.如权利要求3所述的催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂的制备方法,其特征在于,所述氢氟酸与Ti3AlC2粉末的质量比为5~15:1。
6.如权利要求3所述的催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂的制备方法,其特征在于,所述Ti3C2粉末与Bi(NO3)3·5H2O粉末的质量比为1:0.1~0.5。
7.如权利要求1所述的催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂用于降解空气中NOx方面的应用。
8.权利要求7所述的应用,具体的使用方法包括以下步骤:将权利要求1的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂与涂料混合,其中Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂的质量百分比为30~50wt%,将其涂敷在锅炉烟气和汽车尾气的脱硝处理设备上,在可见光条件下催化还原NOx。
9.权利要求7所述的应用,具体的使用方法包括以下步骤:将权利要求1的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂与水混合,其中Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂的质量百分比为5~10wt%,将其以喷雾方式喷洒在路面上,在可见光条件下催化还原空气中的NOx。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811634934.5A CN109692698B (zh) | 2018-12-29 | 2018-12-29 | 一种催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811634934.5A CN109692698B (zh) | 2018-12-29 | 2018-12-29 | 一种催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109692698A true CN109692698A (zh) | 2019-04-30 |
CN109692698B CN109692698B (zh) | 2021-03-09 |
Family
ID=66233044
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811634934.5A Active CN109692698B (zh) | 2018-12-29 | 2018-12-29 | 一种催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109692698B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111672538A (zh) * | 2020-07-03 | 2020-09-18 | 河南城建学院 | 一种基于MXene载体的MnO2低温脱硝催化剂及制备方法 |
CN111777068A (zh) * | 2020-05-24 | 2020-10-16 | 同济大学 | 新型氯离子去除材料Ti3C2Tx/Ag的制备方法及应用 |
CN115779939A (zh) * | 2022-12-05 | 2023-03-14 | 河南科技学院 | 稀土掺杂铋酸铜/MXene复合材料、制备方法及其在光催化固氮中的应用 |
CN115873288A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-03-31 | 杭州皓丰生物技术有限公司 | 一种温度敏感型pcr薄壁管 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105536834A (zh) * | 2015-12-09 | 2016-05-04 | 陕西科技大学 | 沉淀法制备二氧化铈/二维层状碳化钛复合材料的方法 |
CN106807361A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-06-09 | 重庆工商大学 | 一种铋‑无定型钨酸铋‑三氧化二铋三元有机复合光催化剂及制备方法 |
CN108097273A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-06-01 | 青岛科技大学 | 一种管状AgCl结构的AgCl/BiOCl光催化剂 |
CN108671956A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-10-19 | 武汉大学 | 一种离子填充石墨相氮化碳纳米片的制备方法 |
CN109046415A (zh) * | 2018-09-10 | 2018-12-21 | 河海大学 | 一种Ti3C2-Co复合型过渡金属催化剂及其制备方法和应用 |
-
2018
- 2018-12-29 CN CN201811634934.5A patent/CN109692698B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105536834A (zh) * | 2015-12-09 | 2016-05-04 | 陕西科技大学 | 沉淀法制备二氧化铈/二维层状碳化钛复合材料的方法 |
CN106807361A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-06-09 | 重庆工商大学 | 一种铋‑无定型钨酸铋‑三氧化二铋三元有机复合光催化剂及制备方法 |
CN108097273A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-06-01 | 青岛科技大学 | 一种管状AgCl结构的AgCl/BiOCl光催化剂 |
CN108671956A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-10-19 | 武汉大学 | 一种离子填充石墨相氮化碳纳米片的制备方法 |
CN109046415A (zh) * | 2018-09-10 | 2018-12-21 | 河海大学 | 一种Ti3C2-Co复合型过渡金属催化剂及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
张忠铭 等: "Bi-TiO2纳米管阵列的制备及其光催化性能", 《桂林理工大学学报》 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111777068A (zh) * | 2020-05-24 | 2020-10-16 | 同济大学 | 新型氯离子去除材料Ti3C2Tx/Ag的制备方法及应用 |
CN111672538A (zh) * | 2020-07-03 | 2020-09-18 | 河南城建学院 | 一种基于MXene载体的MnO2低温脱硝催化剂及制备方法 |
CN115873288A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-03-31 | 杭州皓丰生物技术有限公司 | 一种温度敏感型pcr薄壁管 |
CN115873288B (zh) * | 2022-11-21 | 2023-05-12 | 杭州皓丰生物技术有限公司 | 一种温度敏感型pcr薄壁管 |
CN115779939A (zh) * | 2022-12-05 | 2023-03-14 | 河南科技学院 | 稀土掺杂铋酸铜/MXene复合材料、制备方法及其在光催化固氮中的应用 |
CN115779939B (zh) * | 2022-12-05 | 2024-03-19 | 河南科技学院 | 稀土掺杂铋酸铜/MXene复合材料、制备方法及其在光催化固氮中的应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109692698B (zh) | 2021-03-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109692698A (zh) | 一种催化还原NOx的Bi/Ti3C2纳米片状光催化剂及其制备方法 | |
Zhang et al. | Preparation and performances of mesoporous TiO2 film photocatalyst supported on stainless steel | |
Yuan et al. | La-doping induced localized excess electrons on (BiO) 2CO3 for efficient photocatalytic NO removal and toxic intermediates suppression | |
CN103172030B (zh) | 氧化物粉体及其制备方法、催化剂、以及催化剂载体 | |
CN105214656A (zh) | 金纳米团簇-金纳米粒子-二氧化钛复合光催化剂及应用 | |
Chen et al. | Salt-assisted synthesis of hollow Bi2WO6 microspheres with superior photocatalytic activity for NO removal | |
Wang et al. | The characterization of ZnO–anatase–rutile three-component semiconductor and enhanced photocatalytic activity of nitrogen oxides | |
CN109482179A (zh) | TiO2/石墨烯/纳米银复合光催化剂的制备及其对甲醛的降解 | |
CN108786779B (zh) | 一种石墨炔/多孔二氧化钛光催化剂及其制备方法和应用 | |
CN103920509A (zh) | 介孔BiOX光催化剂、制备方法及应用 | |
CN104785234A (zh) | 一种蜂窝式活性炭负载催化剂板 | |
Song et al. | S-scheme bismuth vanadate and carbon nitride integrating with dual-functional bismuth nanoparticles toward co-efficiently removal formaldehyde under full spectrum light | |
CN105964283A (zh) | 一种微纳结构光催化涂层及其制备方法 | |
CN109174075A (zh) | 一种用于光催化降解VOCs的稀土元素改性二氧化钛纳米光催化材料及其制备方法 | |
CN106492772A (zh) | 一种二氧化钛纳米片与硅藻土复合光催化剂的制备方法 | |
CN102764649B (zh) | 一种金属银负载型二氧化钛光催化剂及其制备方法 | |
CN102205238A (zh) | 一种MWCNTs/ZnO纳米复合材料的制备方法 | |
CN106311304A (zh) | 一种紫外光及可见光催化复合纳米材料及其制备和应用 | |
CN113908829A (zh) | 一种高分散铂-二氧化钛光催化剂及其制备方法和用途 | |
CN104549400A (zh) | 一种可见光响应型TiO2纳米管阵列及其制备方法与应用 | |
CN107008334A (zh) | 一种光催化分解水制氢催化剂的改性方法 | |
CN105817241A (zh) | 一种磷钨酸铜二氧化钛核壳结构纳米材料的制备方法 | |
CN106179372A (zh) | 一种基于生物质多孔碳的C@Fe3O4@Bi复合光催化剂的制备方法及用途 | |
CN111944337B (zh) | 一种可加热光触媒涂料及其制备方法 | |
CN110882699B (zh) | 基于三重异质结结构的光触媒及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |