CN110090643A - 一种室温降解气态污染物的复合材料Bi2O3-Co3O4的制备方法和应用 - Google Patents

一种室温降解气态污染物的复合材料Bi2O3-Co3O4的制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种室温降解气态污染物的复合材料Bi2O3‑Co3O4的制备方法和应用。将铋盐和钴盐分别溶解于酸溶液中，得含有铋的溶液和含有钴的溶液；将含有铋的溶液和含有钴的溶液混合后，倒入含有分散剂的碱性溶液中，析出沉淀，离心，干燥；将干燥后的产物于惰性气体或者空气条件下煅烧，冷却至室温，研磨，得复合材料Bi2O3‑Co3O4。利用本发明的方法制备的复合材料Bi2O3‑Co3O4具有吸附降解污染物的能力，因此能够实现在室温下有效方便的降解甲醛等气态污染物，从而达到净化空气的目的。

Description

一种室温降解气态污染物的复合材料Bi2O3-Co3O4的制备方法 和应用
技术领域
本发明属于复合材料空气净化技术领域，具体涉及一种室温降解气态污染物的复合材料Bi2O3-Co3O4的制备方法及其应用。
背景技术
随着经济的发展，社会水平的提高，人们的物质生活也得到了大幅度的提高，人们也开始更加关注自身的身体健康。近年来，家装行业发展迅速，室内挥发性有机物污染日趋严重，挥发性污染物中甲醛是室内家装最大污染源，是对人体造成危害最为严重的污染物。相关数据分析统计，长期生活在浓度过高的气态污染物环境下，会对人类身体，包括人的中枢神经和免疫系统造成严重伤害。随着人们对挥发性污染物重视程度的不断提高，室内气态污染物防治措施的相关研究也取得了显著成果。以甲醛为例，目前室内甲醛的防治措施主要有通风换气法、生物吸收法、吸附法、化学反应法、等离子体技术和光催化氧化技术。但这些措施存在成本高，使用不方便受条件限制，见效慢，有些产物甚至会对空气造成二次污染，因此找到一种能够高效、方便和安全降解甲醛的方法成为了人们关注的重点。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可在室温下降解气态污染物的复合材料Bi2O3-Co3O4的制备方法及其应用。本发明的方法具有简单，高效，方便，和安全降解条件容易控制等优点，能够有效地净化空气中的气态污染物，营造健康的生活环境。
本发明采用以下技术方案：一种室温降解气态污染物的复合材料Bi2O3-Co3O4的制备方法，包括如下步骤：
1)将铋盐和钴盐分别溶解于酸溶液中，得含有铋的溶液和含有钴的溶液；
2)将含有铋的溶液和含有钴的溶液混合后，倒入含有分散剂的碱性溶液中，析出沉淀，离心，干燥；
3)将干燥后的产物于惰性气体或者空气条件下煅烧，冷却至室温，研磨，得复合材料Bi2O3-Co3O4。
优选的，所述铋盐为五水合硝酸铋或氯化铋；所述钴盐为六水合硝酸钴、七水合硫酸钴或六水合氯化钴；所述酸溶液为硝酸、硫酸或盐酸。
优选的，所述的钴盐和铋盐中钴和铋的摩尔比为1:0.5。
优选的，所述分散剂为聚乙二醇；所述碱性溶液为NaOH溶液、KOH溶液或氨水。
优选的，步骤2)中，所述干燥是，在50-150℃下干燥1-15小时。更优选的，在100℃下干燥10小时。
优选的，步骤3)中，所述惰性气体为氮气或者氩气。
优选的，步骤3)中，所述煅烧是，升温速度为1-10℃/min，在温度为300-800℃下，煅烧1-3h；更优选的，升温速度为5℃/min，在温度为550℃下，煅烧2h。
按照上述的方法制备的复合材料Bi2O3-Co3O4作为催化剂在室温下降解气态污染物中的应用。
优选的，所述气态污染物是醛类、醇类或烷烃。
优选的，方法如下：于含有气态污染物的空间内加入上述的方法制备的复合材料Bi2O3-Co3O4，室温下催化降解气态污染物。
本发明的有益效果是：
1、本发明所制备的复合材料Bi2O3-Co3O4具有大量的氧空位，在氧化反应过程中，氧空位的数量越多对气态有机污染物的吸附越强，降解效率越高。
2、本发明所制备的复合材料Bi2O3-Co3O4不仅能够在室温下降解气体污染物，使得反应条件变得更加的容易、方便，而且对环境无污染。
附图说明
图1为Co3O4、Bi2O3和实施例1制备的复合材料Bi2O3-Co3O4的XRD测试图。
图2为复合材料Bi2O3-Co3O4对气态污染物降解效果对比图。
具体实施方式
实施例1
(一)室温降解气态污染物的复合材料Bi2O3-Co3O4的制备方法
1)将1.94g六水合硝酸钴和1.94g五水合硝酸铋分别溶解于15mL的硝酸中，然后分别稀释到50mL，分别得含有铋的溶液和含有钴的溶液。
2)将步骤1)所得含有铋的溶液和含有钴的溶液混合均匀，倒入3mL聚乙二醇和50mL浓度为0.8mol/L的NaOH溶液的混合溶液中，搅拌后析出沉淀，用离心机离心，所得沉淀分别用去离子水离心洗涤两次，再用乙醇离心洗涤一次，将离心后所得样品置于干燥箱中，于100℃干燥10h。
3)将干燥后的样品在马弗炉中，于空气条件下，升温速度为5℃/min，500℃煅烧2h，将煅烧后的样品冷却到室温后进行研磨，得到复合材料Bi2O3-Co3O4。
(二)检测
图1为Co3O4、Bi2O3和实施例1制备的复合材料Bi2O3-Co3O4的XRD测试图，由图1可见，本发明制备的复合材料Bi2O3-Co3O4在27.4°、28.0°、33.04°和46.36°有四个衍射峰，为Bi2O3-Co3O4的特征峰，证明制备的样品为Bi2O3-Co3O4。
实施例2
复合材料Bi2O3-Co3O4作为催化剂在室温下降解气态污染物中的应用
(一)降解甲醛
方法：取0.1克实施例1制备的复合材料Bi2O3-Co3O4放入密闭的实验装置中，并向实验装置中注入5μL浓度为37％的甲醛水溶液，定时检测实验装置中甲醛气体的浓度。
对比试验：直接向密闭的实验装置中注入5μL浓度为37％的甲醛水溶液，定时检测实验装置中甲醛气体的浓度。
室温下静止10h后，测定实验装置中甲醛气体的浓度。如图2所示，图2中A为加入复合材料Bi2O3-Co3O4的柱状图，由图2中A可见，10h后，密闭实验装置中甲醛气体降低了72ppm，图2中B为未加入复合材料Bi2O3-Co3O4的柱状图，由图2中B可见，10h后，实验装置中甲醛气体浓度降低了6.6ppm。可见本发明制备的复合材料Bi2O3-Co3O4能够降解甲醛，并且能够在室温下有效地降解甲醛，10h后加入复合材料Bi2O3-Co3O4的甲醛的降解量约是对比实验的21倍，本发明所制备的复合材料能够在室温下有、效方便的降解甲醛。
(二)降解异丙醇
方法：取0.1克实施例1制备的复合材料Bi2O3-Co3O4放入密闭的实验装置中，并向实验装置中注入5μL液体异丙醇，待异丙醇充分气化后，定时对实验装置中异丙醇气体浓度进行检测。
对比试验：直接向密闭的实验装置中注入5μL液体异丙醇，待异丙醇充分气化后，定时对实验装置中异丙醇气体浓度进行检测。
室温下静置10h后，测定实验装置中异丙醇气体的浓度。如图2所示，图2中C为加入复合材料Bi2O3-Co3O4的柱状图，由图2中C可见，10h后，实验装置中异丙醇气体浓度降低了68.86ppm。图2中D为未加入复合材料Bi2O3-Co3O4的柱状图，由图2中D可见，10h后，实验装置中异丙醇气体浓度降低了2.74ppm。可见本发明制备的复合材料Bi2O3-Co3O4能够降解异丙醇，并且能够在室温下有效地降解异丙醇，10个小时后加入复合材料Bi2O3-Co3O4的异丙醇降解量约是对比实验的25倍，本发明所制备的复合材料能够在室温下有效、方便的降解异丙醇。
(三)降解丙烷
方法：取0.1克实施例1制备的复合材料Bi2O3-Co3O4放入密闭的实验装置中，并向实验装置中注入1ml丙烷气体，定时检测实验装置中丙烷气体浓度。
对比试验：直接向密闭的实验装置中注入1ml丙烷气体，定时检测实验装置中丙烷气体浓度。
室温下静置10h后，测定实验装置中丙烷气体的浓度。如图2所示，图2中E为加入复合材料Bi2O3-Co3O4的柱状图，由图2中E可见，10h后，实验装置中丙烷气体浓度降低了6.63ppm。图2中F为未加入复合材料Bi2O3-Co3O4的柱状图，由图2中F可见，10h后，实验装置中丙烷气体浓度降低了0.66ppm。可见本发明制备的复合材料Bi2O3-Co3O4能够降解丙烷，并且能够在室温下有效地降解丙烷，10个小时后加入复合材料Bi2O3-Co3O4的丙烷降解量约是对比实验的10倍，本发明所制备的复合材料能够在室温下有效、方便的降解丙烷。

Claims (10)

1.一种室温降解气态污染物的复合材料Bi2O3-Co3O4的制备方法，其特征在于，制备方法包括如下步骤：
1)将铋盐和钴盐分别溶解于酸溶液中，得含有铋的溶液和含有钴的溶液；
2)将含有铋的溶液和含有钴的溶液混合后，倒入含有分散剂的碱性溶液中，析出沉淀，离心，干燥；
3)将干燥后的产物于惰性气体或者空气条件下煅烧，冷却至室温，研磨，得复合材料Bi2O3-Co3O4。
2.如权利要求1所述的复合材料Bi2O3-Co3O4的制备方法，其特征在于，所述铋盐为五水合硝酸铋或氯化铋；所述钴盐为六水合硝酸钴、七水合硫酸钴或六水合氯化钴；所述酸溶液为硝酸、硫酸或盐酸。
3.如权利要求1或2所述的复合材料Bi2O3-Co3O4的制备方法，其特征在于，所述的钴盐和铋盐中，钴和铋的摩尔比为1:0.5。
4.如权利要求1或2所述的复合材料Bi2O3-Co3O4的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚乙二醇；所述碱性溶液为NaOH溶液、KOH溶液或氨水。
5.如权利要求1或2所述的复合材料Bi2O3-Co3O4的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述干燥是，在50-150℃下干燥1-15小时；优选的，在100℃下干燥10小时。
6.如权利要求1或2所述的复合材料Bi2O3-Co3O4的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述惰性气体为氮气或者氩气。
7.如权利要求1或2所述的复合材料Bi2O3-Co3O4的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述煅烧是，升温速度为1-10℃/min，在温度为300-800℃下，煅烧1-3h；优选的，升温速度为5℃/min，在温度为550℃下，煅烧2h。
8.按照权利要求1或2所述的方法制备的复合材料Bi2O3-Co3O4作为催化剂在室温下降解气态污染物中的应用。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述气态污染物是醛类、醇类或烷烃。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，方法如下：于含有气态污染物的空间内加入权利要求1或2所述的方法制备的复合材料Bi2O3-Co3O4，室温下催化降解气态污染物。
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