CN110252416A - 一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110252416A
CN110252416A CN201910504706.4A CN201910504706A CN110252416A CN 110252416 A CN110252416 A CN 110252416A CN 201910504706 A CN201910504706 A CN 201910504706A CN 110252416 A CN110252416 A CN 110252416A
Authority
CN
China
Prior art keywords
manganese dioxide
polyaniline
catalyst
solution
preparation
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.)
Pending
Application number
CN201910504706.4A
Other languages
English (en)
Inventor
陈爱华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yangcheng Institute of Technology
Yancheng Institute of Technology
Original Assignee
Yangcheng Institute of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yangcheng Institute of Technology filed Critical Yangcheng Institute of Technology
Priority to CN201910504706.4A priority Critical patent/CN110252416A/zh
Publication of CN110252416A publication Critical patent/CN110252416A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/26Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing in addition, inorganic metal compounds not provided for in groups B01J31/02 - B01J31/24
    • B01J31/32Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing in addition, inorganic metal compounds not provided for in groups B01J31/02 - B01J31/24 of manganese, technetium or rhenium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/33Electric or magnetic properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/39Photocatalytic properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08Heat treatment
    • B01J37/10Heat treatment in the presence of water, e.g. steam
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/34Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
    • B01J37/341Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation
    • B01J37/343Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of ultrasonic wave energy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/30Organic compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/30Organic compounds
    • C02F2101/34Organic compounds containing oxygen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/30Organic compounds
    • C02F2101/38Organic compounds containing nitrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/10Photocatalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明属于光催化剂领域,具体涉及一种溴氧化铋@聚苯胺‑二氧化锰复合光催化剂及其制备方法和应用。制备方法如下:将质量体积比为1:20的MnO2粉末和浓盐酸溶解于去离子水中,超声至溶液完全溶解;往溶液中加入苯胺,室温下搅拌至反应完全;抽滤、洗涤、真空干燥得聚苯胺‑二氧化锰。将质量比为1:99‑999的聚苯胺‑二氧化锰和BiOBr粉末溶解于去离子水中;放入反应釜中于120℃下反应至完全,自然冷却至室温,真空抽滤、洗涤、真空干燥得溴氧化铋@聚苯胺‑二氧化锰复合光催化剂。

Description

一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂及其制备方法 和应用
技术领域
本发明属于光催化剂领域,具体涉及一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
环丙沙星(CIP)是一类重要的喹诺酮类广谱抗生素,已广泛应用于人类和动物的各种疾病的消毒和治疗。然而,CIP会通过多种途径进入水循环当中,会对人体健康和生态系统平衡造成极大的危害。与许多其它医药化合物一样,由于CIP的化学结构稳定,且不易生物降解,因此常规污水处理工艺(生物和物理吸附)很难去除CIP。因此,开发更有效的去除生态系统中CIP的技术是一个紧迫的问题。太阳能是一种取之不尽、用之不竭、无污染的可再生能源,如何有效利用太阳能成为一种治理环境污染的潜在手段。光催化氧化法是以丰富、清洁的太阳能来降解污染物等,具有操作简便、反应条件温和、可重复利用及不易造成二次污染等优点,这对解决环境污染具有非常重要的意义。
近年来,铋基光催化材料的开发与利用受到广泛关注,这类材料大都具有独特的电子、微观结构以及优异的太阳光光催化性能,到目前为止,已开发出的材料包括Bi2MoO6、BiVO4、 Bi2WO6和BiOX(X=F、Cl、Br、I)等,BiOBr是一种层状结构的半导体材料,其具有适合的禁带宽度和高的稳定性,表现出优异的催化性能,但是纯相的BiOBr光催化剂其光生电子与空穴的复合率较高,量子效率低。光催化效率不高的问题限制着溴氧化铋(BiOBr)光催化剂的发展和应用。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂的制备方法及其应用,本发明操作工艺简单易行,所制备复合材料性质稳定、光催化活性高,易于大规模工业化生产。
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:
一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂,所述光催化剂包括溴氧化铋和聚苯胺-二氧化锰;所述聚苯胺-二氧化锰的质量为所述光催化剂总质量的0.1%-1%。
优选地,所述聚苯胺-二氧化锰的质量为所述光催化剂总质量的0.5%。
一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)聚苯胺-二氧化锰的制备
将质量体积比为1:20的MnO2粉末和浓盐酸溶解于去离子水中,超声至溶液完全溶解;往溶液中加入苯胺,室温下搅拌至反应完全;抽滤、洗涤、真空干燥得聚苯胺-二氧化锰。
(2)溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂的制备
将质量比为1:99-999的聚苯胺-二氧化锰和BiOBr粉末溶解于去离子水中;放入反应釜中于120℃下反应至完全,自然冷却至室温,真空抽滤、洗涤、真空干燥得溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂。
优选地,所述步骤(2)溴氧化铋的制备方法如下:
(1)将五水合硝酸铋溶解于去离子水中,加入乙酸并混合均匀得溶液A;将溴化钾溶解于去离子水中,超声处理,得到溶液B;
(2)在磁力搅拌的作用下,将溶液B逐滴滴入溶液A中,继续搅拌至均匀得混合物;将混合物放入反应釜中于180℃下至反应完全;自然冷却至室温,真空抽滤、洗涤、真空干燥得溴氧化铋。
优选地,所述步骤(1)二氧化锰的制备方法如下:将高锰酸钾溶解于去离子水中,再加入浓HCl,超声分散均匀后将溶液转移至反应釜内,置于140℃烘箱中进行水热反应12h;自然冷却至室温,抽滤、洗涤后真空干燥,得到二氧化锰。
优选地,所述步骤(1)洗涤所用溶剂为蒸馏水和二氯甲烷。
优选地,所述步骤(2)洗涤所用溶剂为去离子水。
优选地,所述步骤(1)将100mgMnO2粉末和15mL浓盐酸溶解于去离子水中,超声至完全溶解;将71μL苯胺溶解于9mL去离子水中,得苯胺溶液;往溶液中加入苯胺溶液,室温下搅拌至反应完全;抽滤、洗涤、真空干燥得聚苯胺-二氧化锰。
本发明所述的一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂应用于对抗生素环丙沙星的降解领域。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明采用水热法以溴氧化铋与二氧化锰-聚苯胺为材料进行掺杂,目的在于形成异质结构,降低光生电子空穴对的复合率,提高光催化活性。二氧化锰-聚苯胺不仅循环性能良好,且具有优良的导电性能和充放电性能。其中,根据碳基-BiOBr体系可知,导电性能对提高复合纳米半导体催化活性有巨大作用。
本发明制得的溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂可在室温下实现对抗生素环丙沙星的降解。BiOBr、Mn-PANIBOB /0.50Mn-PANI在模拟太阳光照射下,100分钟内对环丙沙星的降解率分别为37%、16%、95.39%。经过5次循环,BOB/0.50mN-PANI的光降解效率为92.86%。经过5个循环后降解效率仅下降2.53%,说明BOB/0.50Mn-PANI复合材料具有良好的光催化稳定性和可回收性,具有良好的实际应用价值。
附图说明
图1为实施例4制备得到的不同比例BiOBr/MnO2-PANI催化剂的X射线衍射图;
图2为实施例4制备得到的不同比例BiOBr/MnO2-PANI催化剂的固体荧光谱图;
图3为实施例4制备得到的不同比例BiOBr/MnO2-PANI催化剂的固体紫外漫反射图;
图4为实施例4制备得到的不同比例BiOBr/MnO2-PANI催化剂的红外光谱图;
图5为实施例4制备得到的不同比例BiOBr/MnO2-PANI催化剂的拉曼光谱图;
图6为实施例4制备得到的不同比例BiOBr/MnO2-PANI催化剂的光电流谱图;
图7为实施例4制备得到的不同比例BiOBr/MnO2-PANI催化剂的阻抗谱图;
图8为实施例4制备得到的不同比例BiOBr/MnO2-PANI催化剂降解环丙沙星溶液的降解图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限定本发明的范围。其中,本发明具体实施例中使用的主要试剂名称、分子式、纯度等级及生产厂家如表2-1所示:实验使用的仪器、型号及生产商家如表2-2所示:
表2-1 实验试剂汇总表
试剂名称 分子式 等级 生产厂家
五水合硝酸铋 Bi(NO<sub>3</sub>)·5H<sub>2</sub>O AR 国药集团化学试剂有限公司
乙酸 C<sub>2</sub>H<sub>4</sub>O<sub>2</sub> AR 国药集团化学试剂有限公司
溴化钾 KBr AR 国药集团化学试剂有限公司
高锰酸钾 KMnO<sub>4</sub> AR 国药集团化学试剂有限公司
浓盐酸 HCl AR 国药集团化学试剂有限公司
苯胺 C<sub>6</sub>H<sub>7</sub>N AR 南京化学试剂股份有限公司
二氯甲烷 CH<sub>2</sub>Cl<sub>2</sub> AR 南京化学试剂股份有限公司
环丙沙星 C<sub>17</sub>H<sub>18</sub>FN<sub>3</sub>O<sub>3</sub> 上海麦克林生化科技有限公司
去离子水 H<sub>2</sub>O 实验室自制
无水乙醇 C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>O AR 南京化学试剂股份有限公司
表2-2 实验仪器汇总表
仪器名称 仪器型号 仪器生产商家
电子分析天平 ISO9001 北京赛多利斯仪器系统有限公司
数控超声波清洗器 KQ5200 DE型 昆山市超声仪器有限公司
恒温磁力搅拌器 85-2 广州普测仪器有限公司
磁力加热搅拌器 78-1型 金坛市华城润华实验仪器厂
电热恒温鼓风干燥箱 DHG-9140A型 上海一恒科技有限公司
烘箱 DHG-9140A 中山市美源电子仪器有限公司
循环水式真空泵 SHZ-D(Ⅲ) 巩义市予华仪器有限责任公司
循环水式多用真空泵 SHB-Ⅲ 郑州长城科工贸有限公司
可调型氙灯光源 XQ350W 上海蓝晟电子有限公司
台式高速离心机 TG16-WS 盐城市凯特实验仪器有限公司
聚四氟乙烯水热反应釜 100mL 西安仪创实验室仪器设备有限公司
真空干燥器 350mm 上海垒固仪器有限公司
实施例1
BiOBr的制备
(1)首先配制两种溶液,分为溶液A和溶液B。先制备溶液A,用电子天平称取2.426g五水合硝酸铋Bi(NO3)·5H2O(n=5mmol)放入100mL小烧杯中,加入18mL去离子水DIwater(蒸馏水),直接用滴管量取2mL乙酸C2H4O2(因乙酸凝固点较高,使用之前先用热水温浴至融化)加入上述溶液中,用滴管搅拌溶液后将烧杯放入超声波清洗器中超声至溶液呈均一状态,备用。然后制备溶液B,即取另一只新的100mL小烧杯,加入0.595g溴化钾KBr(n=5mmol),然后加入20mL去离子水,超声至完全溶解,备用。
(2)加转子至溶液A中,在磁力搅拌的作用下,用滴管将溶液B逐滴滴入溶液A中,待滴完后继续磁力搅拌15min。用磁石先将混合溶液中的转子吸出后,将混合物转移到100mL的聚四氟乙烯水热反应釜中,用去离子水将烧杯壁和烧杯底残留的固体清洗后倒入反应釜中密封,并且最终液体不能超过反应釜容积的2/3(注:下面一旦涉及到反应釜都与此步骤要求一样)。
(3)重复以上步骤,取另一只反应釜,制备完全一样的另一组BiOBr。打开烘箱预热,待温度升至180℃,将反应釜放入烘箱,因打开时烘箱内温度降低,等温度回升到180℃时开始计使之反应24h。两组BiOBr都高温反应24h后,取出两只反应釜,自然冷却至室温。
(4)后处理:利用循环水式真空泵对反应混合溶液进行真空抽滤,在抽滤瓶口套上橡胶圈,插上布氏漏斗,漏斗内放入两层与之大小适宜的滤纸。将反应完的溶液缓缓倒满漏斗(不可溢出漏斗,等溶液慢慢被抽滤完后再添加,倒完液体后的反应釜因有残留物可用去离子水清洗后继续倒入漏斗中),待倒完全部的反应液后分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次,因反应釜内壁残留大量固体残渣,加入一定量的无水乙醇,超声后抽滤以洗掉未反应的溴化钾或者硝酸铋。洗涤后,在漏斗上裹上保鲜膜,用橡皮圈箍紧,在保鲜膜上均匀扎几个小孔,放入真空干燥器中干燥12h。洗涤后抽滤瓶中的废液需倒入专属废液瓶中,抽滤瓶用清水清洗后再放入碱液中浸泡。干燥后得到白色固体,用小刮勺轻轻刮下滤纸上和残留于漏斗上的固体转移至贴好标签的10mL离心管中备用,用电子天平称重得2.886g。
实施例2
MnO2的制备
取一只100mL烧杯,加入0.608g高锰酸钾KMnO4,然后先加入50mL去离子水,再加入1.3mL浓盐酸HCl,超声至均一后将溶液转移至100mL反应釜内,置于140℃烘箱中进行水热反应12h。后处理:先进行抽滤,用去离子水洗涤3次,放入真空干燥器中抽干,最终得到245mgMnO2固体。
实施例3
MnO2-PANI的制备
在通风柜里用量筒量取15mL去离子水溶液倒入烧杯中,加入5mL浓盐酸(HCl)。然后称取100mgMnO2粉末,全部倒入上述溶液中,超声至溶液完全溶解。用微量移液枪量取71μL苯胺于离心管内,因实验所需的苯胺溶液量少而不足以均匀加入上述溶液中,可往离心管内加入少许去离子水(本实验约为9mL),再将离心管倾斜置于超声波清洗器中进行超声波溶解,当完全溶解后将溶液加入上述烧杯溶液中。烧杯中加入转子,利用恒温磁力搅拌器使之在室温下剧烈搅拌3h,可发现反应溶液从刚开始的褐色变为墨绿色。完全反应后进行抽滤(抽滤前先用磁石将转子吸出以防掉入漏斗内),分别用蒸馏水和二氯甲烷CH2Cl2各洗涤3次以洗涤干净未反应的苯胺或者氯化氢。洗涤后将装有固体的漏斗放入真空干燥器中干燥24h。最后,刮下称重得47.2mg,将反应产物转移至贴好标签的10mL离心管中备用。
实施例4
不同比例BiOBr/MnO2-PANI催化剂的制备
配制五种BiOBr与MnO2-PANI的混合溶液(MnO2-PANI的比例逐渐上升),分为溶液Ⅰ、溶液Ⅱ、溶液Ⅲ、溶液Ⅳ、溶液Ⅴ,其中MnO2-PANI比重分别为0.1%、0.25%、0.5%、0.75%、1%。首先取五个100mL小烧杯分别贴上标签简单做上标记(分别为0.1%、0.25%、0.5%、0.75%、1%),分别加入1、1、1、1.5、1mg前面制备的MnO2-PANI固体,每个烧杯中各加入10mL去离子水,超声至溶液呈均一状态。然后又分别加入999、399、199、198.5、99mg的BiOBr粉末,再往五个烧杯中各加入15mL去离子水,超声至均一后,将反应溶液移至五只40mL的反应釜中,在对应的反应釜釜套的金属盖上做好标记加以区分,用扳手密封后放入120℃烘箱中反应24h。24h后取出反应釜,待冷却至室温,取出反应液分别进行抽滤,用去离子水洗3次,抽滤时发现漏斗中溶液表面有一层银色薄膜。洗滤后放入真空干燥器中干燥,称重后得到的固体质量分别为603、231.3、130、128.4、59.1mg,将反应产物转移至贴好标签的10mL离心管中备用。
实施例5
不同样品光催化降解环丙沙星溶液
取一只100mL烧杯,加入2.5mg环丙沙星颗粒,然后加入些许蒸馏水超声至完全溶解后倒入250mL容量瓶中,加蒸馏水至刻度线,所得的环丙沙星溶液浓度为10mg/L。避光超声前取一次纯环丙沙星溶液样品(每次重新配置溶液都需取样进行紫外-可见吸收光谱检测),即用滴管取3mL环丙沙星溶液保存至离心管中,做好标记以便区分。取一只光催化反应玻璃器皿,加入20mgBiOBr,然后加入50mL环丙沙星溶液,避光超声30min。
准备8支离心管,贴上对应的标签,超声后光降解前取第一组样品3mL,然后加入长棒形转子利用光催化仪和磁力搅拌器进行光催化实验,使用可调型氙灯电源以模拟太阳光来进行光降解环丙沙星溶液,设定好时间即每10min取一次3mL降解液。实验全部完成后,先用磁石将转子吸出,剩余的降解液倒入废液瓶中,洗涤玻璃反应器皿,收拾实验平台。重复以上步骤,继续完成BiOBr/MnO2-PANI(0.1%)、BiOBr/MnO2-PANI(0.25%)、BiOBr/MnO2-PANI(0.5%)、BiOBr/MnO2-PANI(0.75%)、BiOBr/MnO2-PANI(1%)、MnO2-PANI光催化降解环丙沙星溶液实验。除降解前量取的环丙沙星溶液外,每一组都有8个样品,分组收集以备进行紫外-可见吸收表征。做紫外-可见吸收表征前,应先通过离心机高速离心(12000r/min)5min,将溶液与固体分离,提取上层澄清液并对上层澄清液进行紫外-可见吸收表征。紫外-可见吸收检测波长范围为200-800nm。分别对BiOBr、BiOBr/MnO2-PANI(0.1%)、BiOBr/MnO2-PANI(0.25%)、BiOBr/MnO2-PANI(0.5%)、BiOBr/MnO2-PANI(0.75%)、BiOBr/MnO2-PANI(1%)、MnO2-PANI八组(每组8个样品)进行了紫外-可见吸收表征,以50mL浓度为10mg/L环丙沙星为降解物,测定了降解过程中环丙沙星的吸收光谱。所得结果为BiOBr/MnO2-PANI(0.5%)在278nm处的曲线最为稀疏即浓度变化最快,降解效果最好。
将实施例4所得的不同比例BiOBr/MnO2-PANI催化剂进行性能测试,结果如下:
如图1所示:X射线衍射(XRD):BiOBr/MnO2-PANI不同比例的复合光催化剂中同时存在BiOBr和MnO2-PANI两种单体的特征衍射峰,说明合成的复合光催化剂可能存在异质结构界面,这有利于分离光生载流子和提高催化剂的光催化活性。
如图2所示:固体荧光: MnO2-PANI在任何波长范围内荧光强度都很低(为10左右)且基本无变化,其他催化剂均在波长约450nm处有最大的荧光强度。在420-650nm的波长范围内,发现所测试的催化剂BiOBr荧光强度大于BiOBr/MnO2-PANI(0.5%)。这表明掺杂后的BiOBr/MnO2-PANI(0.5%)复合光催化剂匹配的能级结构发生耦合,光照后半导体催化剂BiOBr价带上的电子发生跃迁产生空穴,匹配的能级结构产生了内建电场,因复合光催化剂形成的异质结使BiOBr和MnO2-PANI界面紧密接触且空穴受到了内建电场的作用,空穴迁移至MnO2-PANI价带上,这导致电子空穴对的复合率极大地降低,因此产生的特征峰弱于BiOBr。BiOBr荧光强度强于BiOBr/MnO2-PANI(0.5%),说明掺杂后的复合光催化剂匹配的能级结构发生耦合,因异质结和内建电场的作用使其载流子复合率降低。
如图3所示:固体紫外漫反射(DRS):紫外光区内,BiOBr对紫外光的吸收最好;可见光区内,MnO2-PANI对可见光的吸收最好,BiOBr/MnO2-PANI(0.5%)对可见光的吸收强于BiOBr。
如图4所示:红外光谱(FT-IR):从图中可看到,BiOBr催化剂及其复合光催化剂在500cm-1处都有个较弱的吸收峰,这是Bi-Br振动吸收峰;所有催化剂在2355cm-1处的弱吸收峰是由CO2引起的;位于3500cm-1处的宽吸收带是N-H和C-H的吸收峰;位于1400cm-1左右的特征峰是苯胺的C-N振动峰,随着苯胺含量的减少,振动峰减弱。根据红外光谱图发现,所有不同比例的BiOBr/MnO2-PANI复合光催化剂都存在BiOBr及MnO2-PANI的主要特征峰,说明实验成功地复合了两种催化剂。
如图5所示:拉曼(Raman):除单一铋BiOBr外,复合催化剂都出现了明显的拉曼峰,可能是聚苯胺的引入导致。
如图6所示:光电流:BiOBr/MnO2-PANI(0.5%)复合光催化剂的光电流密度最高,其次是BiOBr/PANI(0.5%),说明复合材料均比单体催化剂拥有更高的光电流密度。此结果表明,复合催化剂中形成了有效的复合界面,从而导致光生电子-空穴对能更有效地分离且界面电荷转移快速,因此光催化性能更好。
如图7所示:阻抗谱图(EIS):曲线弧半径大小顺序为BiOBr/MnO2-PANI(0.5%)<BiOBr/PANI(0.5%)<BiOBr<MnO2-PANI,说明四个样品的阻抗大小顺序为BiOBr/MnO2-PANI(0.5%)<BiOBr/PANI(0.5%)<BiOBr<MnO2-PANI,所以BiOBr/MnO2-PANI(0.5%)阻抗最小、载流子迁移速度最快。
如图8所示:降解环丙沙星溶液的降解图:以278nm处的吸光度值作为环丙沙星溶液变化的衡量标准并绘制环丙沙星溶液吸光度随时间变化的曲线。图中可观察到BiOBr/MnO2-PANI(0.5%)折线最陡,最终的C/C0值最低,说明对环丙沙星溶液的降解效率最高,90min后可降解75%的环丙沙星溶液,而MnO2-PANI对环丙沙星的光催化活性最弱。
以上所述,仅是本发明较佳的实施例而已,并非对本发明的技术范围作任何限制,故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化和修饰,均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂,其特征在于,所述光催化剂包括溴氧化铋和聚苯胺-二氧化锰;所述聚苯胺-二氧化锰的质量为所述光催化剂总质量的0.1%-1%。
2.根据权利要求1所述的一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂,其特征在于,所述聚苯胺-二氧化锰的质量为所述光催化剂总质量的0.5%。
3.权利要求1或2所述的一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)聚苯胺-二氧化锰的制备
将质量体积比为1:20的MnO2粉末和浓盐酸溶解于去离子水中,超声至溶液完全溶解;往溶液中加入苯胺,室温下搅拌至反应完全;抽滤、洗涤、真空干燥得聚苯胺-二氧化锰;
(2)溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂的制备
将质量比为1:99-999的聚苯胺-二氧化锰和溴氧化铋粉末溶解于去离子水中;放入反应釜中于120℃下反应至完全,自然冷却至室温,真空抽滤、洗涤、真空干燥得溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂。
4.权利要求3所述的一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)溴氧化铋的制备方法如下:
(1)将五水合硝酸铋溶解于去离子水中,加入乙酸并混合均匀得溶液A;将溴化钾溶解于去离子水中,超声处理,得到溶液B;
(2)在磁力搅拌的作用下,将溶液B逐滴滴入溶液A中,继续搅拌至均匀得混合物;将混合物放入反应釜中于180℃下至反应完全;自然冷却至室温,真空抽滤、洗涤、真空干燥得溴氧化铋。
5.根据权利要求3所述的一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)二氧化锰的制备方法如下:将高锰酸钾溶解于去离子水中,再加入浓HCl,超声至均匀后将溶液转移至反应釜内,置于140℃烘箱中进行水热反应12h;自然冷却至室温,抽滤、洗涤后真空干燥,得到二氧化锰。
6.根据权利要求3所述的一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)洗涤所用溶剂依次为蒸馏水和二氯甲烷。
7.根据权利要求3所述的一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)洗涤所用溶剂为去离子水。
8.根据权利要求3所述的一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)将100mgMnO2粉末和15mL浓盐酸溶解于去离子水中,超声至完全溶解;将71μL苯胺溶解于9mL去离子水中,得苯胺溶液;往溶液中加入苯胺溶液,室温下搅拌至反应完全;抽滤、洗涤、真空干燥得聚苯胺-二氧化锰。
9.权利要求1或2所述的一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂应用于对抗生素环丙沙星的降解。
CN201910504706.4A 2019-06-12 2019-06-12 一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂及其制备方法和应用 Pending CN110252416A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910504706.4A CN110252416A (zh) 2019-06-12 2019-06-12 一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910504706.4A CN110252416A (zh) 2019-06-12 2019-06-12 一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110252416A true CN110252416A (zh) 2019-09-20

Family

ID=67917734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910504706.4A Pending CN110252416A (zh) 2019-06-12 2019-06-12 一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110252416A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115888768A (zh) * 2022-10-31 2023-04-04 电子科技大学长三角研究院(湖州) 适用于等离子体特性的复合催化剂、制备方法及应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1446839A (zh) * 2003-03-03 2003-10-08 华东理工大学 用二氧化锰为氧化剂化学氧化法合成导电聚苯胺
US20040038808A1 (en) * 1998-08-27 2004-02-26 Hampden-Smith Mark J. Method of producing membrane electrode assemblies for use in proton exchange membrane and direct methanol fuel cells
CN103433077A (zh) * 2013-09-11 2013-12-11 江南大学 一种三元复合光催化剂及其制备方法
CN104495811A (zh) * 2014-12-12 2015-04-08 盐城市新能源化学储能与动力电源研究中心 一种石墨烯复合材料及其制备方法
US20180345263A1 (en) * 2017-06-01 2018-12-06 Uchicago Argonne, Llc Semiconductor-metal nanoparticle hybrids with natural and artificial proton pump for hydrogen production
CN109126881A (zh) * 2018-08-29 2019-01-04 南通纺织丝绸产业技术研究院 一种负载光催化剂的微纳复合纤维材料及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040038808A1 (en) * 1998-08-27 2004-02-26 Hampden-Smith Mark J. Method of producing membrane electrode assemblies for use in proton exchange membrane and direct methanol fuel cells
CN1446839A (zh) * 2003-03-03 2003-10-08 华东理工大学 用二氧化锰为氧化剂化学氧化法合成导电聚苯胺
CN103433077A (zh) * 2013-09-11 2013-12-11 江南大学 一种三元复合光催化剂及其制备方法
CN104495811A (zh) * 2014-12-12 2015-04-08 盐城市新能源化学储能与动力电源研究中心 一种石墨烯复合材料及其制备方法
US20180345263A1 (en) * 2017-06-01 2018-12-06 Uchicago Argonne, Llc Semiconductor-metal nanoparticle hybrids with natural and artificial proton pump for hydrogen production
CN109126881A (zh) * 2018-08-29 2019-01-04 南通纺织丝绸产业技术研究院 一种负载光催化剂的微纳复合纤维材料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUI XU等: "Synthesis of polyaniline-modified MnO2 composite nanorods and their photocatalytic application", 《MATERIALS LETTERS》 *
XIAOYUN HAO等: "Preparation of polyaniline modified BiOBr with enhanced photocatalytic activities", 《FUNCTIONAL MATERIALS LETTERS》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115888768A (zh) * 2022-10-31 2023-04-04 电子科技大学长三角研究院(湖州) 适用于等离子体特性的复合催化剂、制备方法及应用
CN115888768B (zh) * 2022-10-31 2024-06-07 电子科技大学长三角研究院(湖州) 适用于等离子体特性的复合催化剂、制备方法及应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106589398B (zh) 一种锆类有机框架材料及其制备方法和用途
Dong et al. Triboelectric nanogenerator enhanced radical generation in a photoelectric catalysis system via pulsed direct-current
CN113185969B (zh) 一种用于水体中金属离子实时检测的荧光薄膜及其制备方法
CN107790157A (zh) 一种三元铋基复合光催化剂Bi/Bi4O5Br2/BiOI及其制备方法和应用
CN106044842B (zh) 一种扇形羟基氟化锌的制备方法及其应用
CN110180566A (zh) 一种碘氧化铋光催化剂及其制备方法和应用
CN102872848A (zh) 吸附增强型石墨烯二氧化钛纳米复合物光催化剂的制备方法
CN109622035A (zh) RGO-MIL-68(Fe)纳米复合物的制备方法及应用
CN107555468A (zh) 一种多孔氧化锌‑银微球的制备方法及其应用
CN109847780A (zh) 一种AgBr/BiOI/g-C3N4三元复合催化材料的制备方法及其应用
CN104150536B (zh) 具有良好光电性能的MoO2粉末的制备方法及应用
CN107913675B (zh) 金属有机骨架修饰硫化亚锡复合光催化剂及其制备方法和应用
Li et al. 2D/2D p‐n heterojunctions of CaSb2O6/g‐C3N4 for visible light‐driven photocatalytic degradation of tetracycline
CN110252416A (zh) 一种溴氧化铋@聚苯胺-二氧化锰复合光催化剂及其制备方法和应用
Yi et al. Enhanced hydrophilicity and promoted charge transfer in covalent triazine frameworks/sepiolite complexed via hydrogen bonding for visible-light driven degradation of antibiotics
CN106111179B (zh) 一种小尺寸氮掺杂石墨烯光催化剂及其制备方法和应用
CN105911122B (zh) 一种固态电化学发光传感器的制备方法
CN107899599A (zh) 一种V‑N共掺杂TiO2/MoS2复合光催化材料的制备方法
CN107597093B (zh) 一种纳米颗粒自组装芍药状La3+掺杂ZnO及其制备方法和应用
Hu Preparation of N-doped TiO2/biochar composite catalysts and its application for photoelectrochemical degradation of cephalosporin antibiotics
CN103212405B (zh) 一种镉掺杂钼酸铋可见光催化剂及其制备方法和应用
CN117324040A (zh) 一种聚酰亚胺复合苯乙炔铜光催化剂及其制备方法、应用
CN103752329A (zh) 一种CuS光催化剂的光化学制备方法
CN109569731A (zh) 一种MIL-100(Fe)/BiOI复合光催化剂及其应用
Liu et al. Enhanced photo-degradation of organic contaminants on Ag3VO4/covalent organic frameworks under UV light: Mechanism analysis

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190920