CN110665531A - 一种Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂及其制备方法与应用 Download PDF

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徐志花
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Abstract

本发明公开了一种Pt/g‑C3N4/CeO2复合光催化剂,包括载体和活性中心,所述载体为g‑C3N4/CeO2复合材料,所述活性中心为铂纳米粒子,所述铂纳米粒子在所述Pt/g‑C3N4/CeO2复合光催化剂中的质量占比为0.01~0.2wt%。其制备方法包括:将g‑C3N4/CeO2复合材料分散在水中,得到分散均匀的悬浊液;向所得到的悬浊液中加入铂前驱体溶液,得到混合液;向所得到的混合液中加入能够将铂前驱体还原为Pt纳米粒子的碱性还原剂,得到混合溶液;将所得到的混合溶液纯化。该复合催化剂对日光灯具有明显响应活性,能够将甲醛降解为二氧化碳和水,甲醛的去除效率高达87.7%。

Description

一种Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及高分子复合材料、室内空气的治理和净化等技术领域,尤其涉及一种Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂及其制备方法与应用。
背景技术
甲醛作为一种广泛应用于生活中方方面面的有机物,在带给我们生活诸多便利的同时也对健康造成了严重的威胁,甲醛不仅对人体皮肤黏膜有强烈刺激作用,长时间接触甲醛还会对人体健康造成不可弥补的损害,严重时还可能造成死亡。甲醛主要来源于室内的装修装饰材料,人们的绝大部分时间都是在室内度过,因此室内甲醛的净化有着极其重要的意义。室内环境下,日光灯作为照明工具不可或缺,有效利用室内灯光用于净化室内甲醛不仅能够减少甲醛对人体健康的危害,同时也能有效节约能源和降低成本。
目前,对于甲醛的去除有很多种方法,物理法、生物法、空气净化器技术,其中物理法仅仅局限于将甲醛吸附而不能够彻底去除,而化学法不仅能吸收甲醛同时也能将甲醛转化为无毒无害的二氧化碳和水从而彻底除去甲醛;生物法包括利用生物酶治理甲醛,生物酶利用生物降解的原理是将甲醛,苯,甲苯,二甲苯等有害气体分解成水和二氧化碳等一些其他无机无害物,健康环保。生物手段虽然能够有效除去甲醛,但是生物途径耗时较长。化学法包括利用空气净化器去除甲醛的方法。空气净化器的所有净化效率计算都是在实验室内完成的,是在排除持续污染源的情况下测量所得,也就是说,这些数据都是在满足特定条件下获得的,因此在实际使用中,净化效率会比厂商们宣称的低一些。从本质上来说,空气净化器只是起到一种辅助和补救的作用,比如在室内空气已经出现污染的情况下,使用空气净化器可以在一定程度上减轻污染程度,但并不意味着能从根本上消除空气污染。
近年来发展的催化氧化技术使用光催化剂可将甲醛转化为CO2和H2O,且操作简便、成本低、效率高,具有广阔的发展前景和实际应用的潜力。然而普通的光催化剂,由于日光灯响应活性低,因此光照强度必须足够高,否则就不能达到甲醛完全分解的效果,这时就会产生二次污染,生成物就是毒性远远大于甲醛的气溶胶,而且气溶胶是不可再分解的。
因此,制备一种具有日光灯响应活性的复合光催化剂,使得其可在室温下去除甲醛,成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷,提供了一种Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂及其制备方法与应用,该复合光催化剂对日光灯具有明显响应活性,能够将甲醛降解为二氧化碳和水,甲醛的去除效率高达87.7%。
本发明是这样实现的:
本发明目的之一在于提供一种Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂包括载体和活性中心,所述载体为g-C3N4/CeO2复合材料,所述活性中心为铂纳米粒子,所述铂纳米粒子在所述Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂中的质量占比为0.01~0.2wt%。
本发明的目的之二在于提供一种所述的Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂的制备方法,所述方法包括如下步骤:
S1、将g-C3N4/CeO2复合材料于水溶液中分散得到分散液;
S2、向所述分散液中加入铂前驱体得到混合液;
S3、向所述混合液中加入碱性还原剂得到混合物;
S4、将所述混合物纯化,得到所述复合光催化剂。
优选地,所述S1中g-C3N4/CeO2复合材料中g-C3N4和CeO2的质量比为3~12:20(最为优选的比例为6:20)。分散时采用磁力搅拌0.15~0.3h。
优选地,所述S1中g-C3N4/CeO2复合材料的制备方法为:
将铈盐(更为优选地所述铈盐为六水硝酸铈)溶解在水中并搅拌均匀,然后加入浓氨水搅拌后得到分散液I;
将g-C3N4分散在水中并超声处理得到溶液II;
将所述溶液II迅速倒入所述分散液I中继续搅拌,然后在120~200℃下水热处理,得到g-C3N4/CeO2复合材料。
优选地,上述g-C3N4/CeO2复合材料的制备方法中的g-C3N4的制备可选用固相反应法、热溶剂法、电化学沉积法、热聚合法制备得到。
具体地,g-C3N4的制备选用热聚合法的制备步骤为:
将二氰二胺、钠盐(优选为氯化钠)和钾盐(优选为氯化钾)分散在水中,得到分散液I;
将分散液I在水浴锅中水浴(80℃)磁力搅拌蒸干溶剂,得到混合盐,混合盐干燥(60℃)过夜,得到g-C3N4前驱体盐;
将得到的g-C3N4前驱体盐(优选地,所述g-C3N4前驱体盐中二氰二胺、钠盐和氯化钾的摩尔比为2:1:1)加入到瓷坩埚中,在550~650℃下煅烧,得到g-C3N4粗产物;
将获得的g-C3N4粗产物分散在水中,得到分散液;
将分散液超声处理2.0~4.0h,得到悬浊液,静置后用砂芯漏斗过滤,取滤液弃沉淀,用旋转蒸发仪进行浓缩处理,浓缩液用(1:3)的乙醇水溶液洗涤并再次进行浓缩处理,浓缩液干燥(60℃)过夜,得到超声剥离g-C3N4
本发明的目的之三在于提供一种所述的Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂在作为除甲醛气体中的应用,所述的Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂具有日光灯响应活性,在室温下利用可见光,室温下去除甲醛。
与现有技术相比,本发明具有如下优点和效果:
本发明提供的一种Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂及其制备方法,选用g-C3N4/CeO2复合材料为载体,并负载超低含量的贵金属Pt(于总量中质量占比为0.01~0.2wt%),得到的Pt/g-C3N4/CeO2复合催化剂,具有优异的日光灯响应活性,在室温下对甲醛有明显的催化降解作用,从而达到净化甲醛的目的。对日光灯具有较高的响应活性,在室温下能够将甲醛降解为二氧化碳和水。甲醛的去除效率高达87.7%。
附图说明
图1为对比例1-2、实施例3-6的所得的复合光催化剂的X射线衍射(XRD)图;
图2为对比例1-2、实施例3-6的所得的复合光催化剂的氮气吸脱附曲线图;
图3为对比例1-2、实施例3-6的所得的复合光催化剂的孔径分布曲线图。
图4为实施例5所得Pt/g-C3N4/CeO2复合催化剂的元素扫描图,其中图(b)(c)(d)(e)(f)依次为C、N、O、Ce和Pt元素图;
图5为实施例5所得的Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂与对比例3所得的Pt/TiO2复合催化剂在室温下的甲醛去除率;
图6为实施例1-6所得的Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂、对比例1-2的复合光催化剂与对比例3所得的Pt/TiO2复合催化剂室温去除甲醛时的CO2产量图。
具体实施方式
实施例1
将5.90g二氰二胺、2.05g氯化钠以及2.61g氯化钾(三者摩尔比为2:1:1)溶解在200mL的水中,得到混合溶液,在80℃下水浴磁力搅拌蒸干溶剂,得到混合盐固体,混合盐固体在60℃下干燥过夜,干燥后将混合盐研磨并取适量加入到洁净坩埚中,然后在600℃下煅烧处理2h(升温速度为2℃/min),得到g-C3N4粗产品,粗产品溶解在水中,超声处理3h,用砂芯漏斗过滤,取滤液,用旋转蒸发仪在80℃下对滤液进行浓缩处理,得到浓缩液,浓缩液中加入体积比为1:3的乙醇水溶液洗涤,在80℃下继续进行浓缩,得到g-C3N4超声剥离浓缩液,浓缩液在60℃下干燥过夜,得到超声剥离g-C3N4
将4.34g六水硝酸铈溶解在50mL的水中,经磁力搅拌0.15h后加入3.3ml浓氨水,继续搅拌0.5h后得到溶液I;将0.25g超声剥离g-C3N4分散在50ml水中,经超声处理1.0h后得到溶液II,在磁力搅拌下将溶液II加入到溶液I中,继续磁力搅拌0.5h后得到分散均匀的溶液,然后将该反应液转移至反应釜中,然后在180℃下水热处理2.0h,所获得的前驱体固体进行离心和洗涤,然后在60℃下干燥过夜,得到g-C3N4/CeO2复合材料(其中g-C3N4与CeO2的质量比为3:20);
取0.4g g-C3N4/CeO2复合材料分散到20mL蒸馏水中,经磁力搅拌0.15h,得到分散液;
向分散液中加入铂前驱体溶液,该铂前驱体可以为氯铂酸,继续搅0.5h,得到混合液,其中,氯铂酸中的铂元素占复合催化剂的质量百分数0.1wt%;
向混合液中加入5mL NaBH4和NaOH的混合溶液还原铂前躯体;继续搅拌0.5h,其中,NaBH4和NaOH的浓度分别为0.5M和0.1M;
将混合物进行纯化,然后在60℃下干燥过夜,得到Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂。
实施例2
将5.90g二氰二胺、2.05g氯化钠以及2.61g氯化钾(三者摩尔比为2:1:1)溶解在200mL的水中,得到混合溶液,在80℃下水浴磁力搅拌蒸干溶剂,得到混合盐固体,混合盐固体在60℃下干燥过夜,干燥后将混合盐研磨并取适量加入到洁净坩埚中,然后在600℃下煅烧处理2h(升温速度为2℃/min),得到g-C3N4粗产品,粗产品溶解在水中,超声处理3h,用砂芯漏斗过滤,取滤液,用旋转蒸发仪在80℃下对滤液进行浓缩处理,得到浓缩液,浓缩液中加入体积比为1:3的乙醇水溶液洗涤,在80℃下继续进行浓缩,得到g-C3N4超声剥离浓缩液,浓缩液在60℃下干燥过夜,得到超声剥离g-C3N4
将4.34g六水硝酸铈溶解在50mL的水中,经磁力搅拌0.15h后加入3.3ml浓氨水,继续搅拌0.5h后得到溶液I;将1.5g超声剥离g-C3N4分散在50ml水中,经超声处理1.0h后得到溶液II,在磁力搅拌下将溶液II加入到溶液I中,继续磁力搅拌0.5h后得到分散均匀的溶液,然后将该反应液转移至反应釜中,然后在180℃下水热处理2.0h,所获得的前驱体固体进行离心和洗涤,然后在60℃下干燥过夜,得到g-C3N4/CeO2复合材料(其中g-C3N4与CeO2的质量比为12:20);
取0.4g g-C3N4/CeO2复合材料分散到20mL蒸馏水中,经磁力搅拌0.15h,得到分散液;
向分散液中加入铂前驱体溶液,该铂前驱体可以为氯铂酸,继续搅0.5h,得到混合液,其中,氯铂酸中的铂元素占复合催化剂的质量百分数0.1wt%;
向混合液中加入5mLNaBH4和NaOH的混合溶液还原铂前躯体;继续搅拌0.5h,其中,NaBH4和NaOH的浓度分别为0.5M和0.1M;
将混合物进行纯化,然后在60℃下干燥过夜,得到Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂。
实施例3
将5.90g二氰二胺、2.05g氯化钠以及2.61g氯化钾(三者摩尔比为2:1:1)溶解在200mL的水中,得到混合溶液,在80℃下水浴磁力搅拌蒸干溶剂,得到混合盐固体,混合盐固体在60℃下干燥过夜,干燥后将混合盐研磨并取适量加入到洁净坩埚中,然后在600℃下煅烧处理2h(升温速度为2℃/min),得到g-C3N4粗产品,粗产品溶解在水中,超声处理3h,用砂芯漏斗过滤,取滤液,用旋转蒸发仪在80℃下对滤液进行浓缩处理,得到浓缩液,浓缩液中加入体积比为1:3的乙醇水溶液洗涤,在80℃下继续进行浓缩,得到g-C3N4超声剥离浓缩液,浓缩液在60℃下干燥过夜,得到超声剥离g-C3N4;
将4.34g六水硝酸铈溶解在50mL的水中,经磁力搅拌0.15h后加入3.3ml浓氨水,继续搅拌0.5h后得到溶液I;将0.5g超声剥离g-C3N4分散在50ml水中,经超声处理1.0h后得到溶液II,在磁力搅拌下将溶液II加入到溶液I中,继续磁力搅拌0.5h后得到分散均匀的溶液,然后将该反应液转移至反应釜中,然后在180℃下水热处理2h,所获得的前驱体固体进行离心和洗涤,然后在60℃下干燥过夜,得到g-C3N4/CeO2复合材料(其中g-C3N4与CeO2的质量比为3:10);
取0.4g g-C3N4/CeO2复合材料分散到20mL蒸馏水中,经磁力搅拌0.15h,得到分散液;
向分散液中加入铂前驱体溶液,该铂前驱体可以为氯铂酸,继续搅0.5h,得到混合液,其中,氯铂酸中的铂元素占复合催化剂的质量百分数0.2wt%;
向混合液中加入5mL NaBH4和NaOH的混合溶液还原铂前躯体;继续搅拌0.5h,其中,NaBH4和NaOH的浓度分别为0.5M和0.1M;
将混合物进行纯化,然后在60℃下干燥过夜,得到Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂。
实施例4
将5.90g二氰二胺、2.05g氯化钠以及2.61g氯化钾(三者摩尔比为2:1:1)溶解在200mL的水中,得到混合溶液,在80℃下水浴磁力搅拌蒸干溶剂,得到混合盐固体,混合盐固体在60℃下干燥过夜,干燥后将混合盐研磨并取适量加入到洁净坩埚中,然后在600℃下煅烧处理2h(升温速度为2℃/min),得到g-C3N4粗产品,粗产品溶解在水中,超声处理3h,用砂芯漏斗过滤,取滤液,用旋转蒸发仪在80℃下对滤液进行浓缩处理,得到浓缩液,浓缩液中加入体积比为1:3的乙醇水溶液洗涤,在80℃下继续进行浓缩,得到g-C3N4超声剥离浓缩液,浓缩液在60℃下干燥过夜,得到超声剥离g-C3N4
将4.34g六水硝酸铈溶解在50mL的水中,经磁力搅拌0.15h后加入3.3ml浓氨水,继续搅拌0.5h后得到溶液I;将0.5g超声剥离g-C3N4分散在50ml水中,经超声处理1.0h后得到溶液II,在磁力搅拌下将溶液II加入到溶液I中,继续磁力搅拌0.5h后得到分散均匀的溶液,然后将该反应液转移至反应釜中,然后在180℃下水热处理2h,所获得的前驱体固体进行离心和洗涤,然后在60℃下干燥过夜,得到g-C3N4/CeO2复合材料(其中g-C3N4与CeO2的质量比为3:10);
取0.4g石墨相氮化碳/二氧化铈复合材料分散到20mL蒸馏水中,经磁力搅拌0.15h,得到分散液;
向分散液中加入铂前驱体溶液,该铂前驱体可以为氯铂酸,继续搅拌0.5h,得到混合液,其中,氯铂酸中的铂元素占复合催化剂的质量百分数0.1wt%;
向混合液中加入5mL NaBH4和NaOH的混合溶液还原铂前躯体;继续搅拌0.5h,其中,NaBH4和NaOH的浓度分别为0.5M和0.1M;
将混合物进行纯化,然后在60℃下干燥过夜,得到Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂。
实施例5
将5.90g二氰二胺、2.05g氯化钠以及2.61g氯化钾(三者摩尔比为2:1:1)溶解在200mL的水中,得到混合溶液,在80℃下水浴磁力搅拌蒸干溶剂,得到混合盐固体,混合盐固体在60℃下干燥过夜,干燥后将混合盐研磨并取适量加入到洁净坩埚中,然后在600℃下煅烧处理2h(升温速度为2℃/min),得到g-C3N4粗产品,粗产品溶解在水中,超声处理3h,用砂芯漏斗过滤,取滤液,用旋转蒸发仪在80℃下对滤液进行浓缩处理,得到浓缩液,浓缩液中加入体积比为1:3的乙醇水溶液洗涤,在80℃下继续进行浓缩,得到g-C3N4超声剥离浓缩液,浓缩液在60℃下干燥过夜,得到超声剥离g-C3N4
将4.34g六水硝酸铈溶解在50mL的水中,经磁力搅拌0.15h后加入3.3ml浓氨水,继续搅拌0.5h后得到溶液I;将0.5g超声剥离g-C3N4分散在50ml水中,经超声处理1.0h后得到溶液II,在磁力搅拌下将溶液II加入到溶液I中,继续磁力搅拌0.5h后得到分散均匀的溶液,然后将该反应液转移至反应釜中,然后在180℃下水热处理2h,所获得的前驱体固体进行离心和洗涤,然后在60℃下干燥过夜,得到g-C3N4/CeO2复合材料(其中g-C3N4与CeO2的质量比为3:10);
取0.4g g-C3N4/CeO2复合材料分散到20mL蒸馏水中,经磁力搅拌0.15h,得到分散液;
向分散液中加入铂前驱体溶液,该铂前驱体可以为氯铂酸,继续搅0.5h,得到混合液,其中,氯铂酸中的铂元素占复合催化剂的质量百分数0.025wt%;
向混合液中加入5mL NaBH4和NaOH的混合溶液还原铂前躯体;继续搅拌0.5h,其中,NaBH4和NaOH的浓度分别为0.5M和0.1M;
将混合物进行纯化,然后在60℃下干燥过夜,得到Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂。
实施例6
将5.90g二氰二胺、2.05g氯化钠以及2.61g氯化钾(三者摩尔比为2:1:1)溶解在200mL的水中,得到混合溶液,在80℃下水浴磁力搅拌蒸干溶剂,得到混合盐固体,混合盐固体在60℃下干燥过夜,干燥后将混合盐研磨并取适量加入到洁净坩埚中,然后在600℃下煅烧处理2h(升温速度为2℃/min),得到g-C3N4粗产品,粗产品溶解在水中,超声处理3h,用砂芯漏斗过滤,取滤液,用旋转蒸发仪在80℃下对滤液进行浓缩处理,得到浓缩液,浓缩液中加入体积比为1:3的乙醇水溶液洗涤,在80℃下继续进行浓缩,得到g-C3N4超声剥离浓缩液,浓缩液在60℃下干燥过夜,得到超声剥离g-C3N4
将4.34g六水硝酸铈溶解在50mL的水中,经磁力搅拌0.15h后加入3.3ml浓氨水,继续搅拌0.5h后得到溶液I;将0.5g超声剥离g-C3N4分散在50ml水中,经超声处理1.0h后得到溶液II,在磁力搅拌下将溶液II加入到溶液I中,继续磁力搅拌0.5h后得到分散均匀的溶液,然后将该反应液转移至反应釜中,然后在180℃下水热处理2h,所获得的前驱体固体进行离心和洗涤,然后在60℃下干燥过夜,得到g-C3N4/CeO2复合材料(其中g-C3N4与CeO2的质量比为3:10);
取0.4g g-C3N4/CeO2复合材料分散到20mL蒸馏水中,经磁力搅拌0.15h,得到分散液;
向分散液中加入铂前驱体溶液,该铂前驱体可以为氯铂酸,继续搅0.5h,得到混合液,其中,氯铂酸中的铂元素占复合催化剂的质量百分数0.01wt%;
向混合液中加入5mL NaBH4和NaOH的混合溶液还原铂前躯体;继续搅拌0.5h,其中,NaBH4和NaOH的浓度分别为0.5M和0.1M;
将混合物进行纯化,然后在60℃下干燥过夜,得到Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂。
对比例1
将5.90g二氰二胺、2.05g氯化钠以及2.61g氯化钾(三者摩尔比为2:1:1)溶解在200mL的水中,得到混合溶液,在80℃下水浴磁力搅拌蒸干溶剂,得到混合盐固体,混合盐固体在60℃下干燥过夜,干燥后将混合盐研磨并取适量加入到洁净坩埚中,然后在600℃下煅烧处理2.0h(升温速度为2℃/min),得到g-C3N4粗产品,粗产品溶解在水中,超声处理3.0h,用砂芯漏斗过滤,取滤液,用旋转蒸发仪在80℃下对滤液进行浓缩处理,得到浓缩液,浓缩液中加入体积比为1:3的乙醇水溶液洗涤,在80℃下继续进行浓缩,得到g-C3N4超声剥离浓缩液,浓缩液在60℃下干燥过夜,得到超声剥离g-C3N4
取0.4g超声剥离g-C3N4分散到20mL蒸馏水中,经磁力搅拌0.15h,得到分散液;
向分散液中加入铂前驱体溶液,该铂前驱体为氯铂酸,继续续搅拌0.5h,得到混合液,其中,氯铂酸中的铂元素占复合催化剂的质量百分数为0.025wt%;
向混合液中加入5.0mL NaBH4和NaOH的混合溶液还原铂前躯体;继续搅拌0.5h,其中,NaBH4和NaOH的浓度分别为0.5M和0.1M;
将混合物进行纯化,然后在60℃下干燥过夜,得到Pt/g-C3N4复合催化剂材料。
对比例2
将4.34g六水硝酸铈溶解在50mL的水中,经磁力搅拌0.15h后加入3.3mL浓氨水,继续磁力搅拌0.5h后得到溶液I,在搅拌下向溶液I中加入50ml蒸馏水并继续搅拌0.5h,搅拌均匀后,将该反应液转移至反应釜中,然后在180℃下水热处理2.0h,所获得的产物通过离心、洗涤及干燥(60℃)后,得到CeO2纳米材料;
取0.4g二氧化铈分散到20mL蒸馏水中,经磁力搅拌0.15h,得到分散液;
向分散液中加入铂前驱体溶液,该铂前驱体可以为氯铂酸,继续搅0.5h,得到混合液,其中,氯铂酸中的铂元素占复合催化剂的质量百分数0.025wt%;
向混合液中加入5mLNaBH4和NaOH的混合溶液还原铂前躯体;继续搅拌0.5h,其中,NaBH4和NaOH的浓度分别为0.5M和0.1M;
将混合物进行纯化,然后在60℃下干燥过夜,得到Pt/CeO2复合催化剂材料。
对比例3
取0.4g市售P25(TiO2)分散到20mL蒸馏水中,经磁力搅拌0.15h,得到分散液;
向分散液中加入氯铂酸铂前驱体,继续搅拌0.5h,得到混合液,其中,氯铂酸中的Pt元素占复合催化剂的质量百分数0.025wt%;
向混合液中加入5mL NaBH4和NaOH的混合溶液还原铂前躯体;继续搅拌0.5h,其中,NaBH4和NaOH的浓度分别为0.5M和0.1M;
将混合物进行离心、洗涤和分离,然后在60℃下干燥过夜,得到Pt/TiO2复合催化剂。
实验例1性能表征
将对比例1、对比例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6所得的复合光催化剂分别进行X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、BET分析和扫描电子显微镜(Field-emission scanning electron microscopy,SEM)分析,其结果分别如图1至图4所示。
由图1可知,对比例1具有典型的g-C3N4相结构(JCPDS 87-1526);对比例2具有典型的CeO2相结构(JCPDS 34-0394);实施例4、实施例5和实施例6所制备的Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂均同时具有典型的g-C3N4相结构(JCPDS87-1526)和CeO2相结构(JCPDS 34-0394)。
图2为对比例1、对比例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6所得的复合光催化剂的氮气吸脱附曲线。由图2可知,对比例2的吸附体积最大,对比例1的吸附体积最小。
图3为对比例1、对比例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6所得的复合催化剂的孔径分布曲线。由图3可知本发明实施例制备得到的Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂的孔径主要分布在10~20nm。
图4为实施例5所得Pt/g-C3N4/CeO2复合催化剂的元素扫描图,从图5中可以看出所得样品中含有C、N、O、Ce和Pt元素,进一步表明Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂成功制备得到。
实验例2甲醛去除率的测定
1、将实施例1-实施例6所得的Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂、对比例1所得的Pt/g-C3N4复合催化剂材料、对比例2所得的Pt/CeO2复合催化剂材料、以及对比例3所得的Pt/TiO2复合催化剂,分别在室温下进行甲醛催化实验。具体地:
分别准确量取0.1g实施例1-实施例6、以及对比例1-3的复合催化剂,均匀分散在直径为9cm的表面皿中,然后将该表面皿置于体积为13L的含有一个5W风扇和20W日光灯的密封有机玻璃材质的箱体中。取适量37%甲醛溶液注入该有机玻璃材质的箱体中,待甲醛挥发直至浓度平衡(即箱体内甲醛的浓度稳定)时,移去玻璃盖的同时打开日光灯进行照射,使复合催化剂在荧光灯照射下与甲醛相互接触,甲醛和其他气体的浓度变化通过多组分气体分析仪(INNOVA air Tech Instruments Model 1412)在线监测。实施例1-实施例6、以及对比例1-3的复合催化剂在室温日光灯照射下去除甲醛的活性数据见表1。
表1为25℃下复合催化剂的活性
Figure BDA0002244810510000131
由表1可知,在室温下和日光灯照射下,对比例1-2所得的复合催化剂,以及实施例1-实施例6所得的Pt/g-C3N4/CeO2复合催化剂去除甲醛的活性均高于对比例3所得的复合催化剂。其中图5为实施例5所得的Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂在光照和黑暗条件下与对比例3所得的Pt/TiO2复合催化剂在光照条件下室温去除甲醛性能的对比图。
2、图6为实施例1-6所得的Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂、对比例1-2的复合光催化剂与对比例3所得的Pt/TiO2复合催化剂室温去除甲醛时的CO2产量图。
由上可知实施例6所得复合催化剂对甲醛的去除率高于实施例5,由图6可知:在该复合催化剂上,甲醛浓度降低,同时CO2浓度也降低,表明该催化剂去除甲醛主要通过物理吸附。且对比例1-2,实施例1-6(不包括实施例5)所得的Pt/g-C3N4/CeO2复合催化剂对甲醛的去除率虽较高,但是二氧化碳浓度升高值小于甲醛浓度的降低值,表明甲醛被部分完全降解为二氧化碳和水,因此,对比例1-2所得的复合催化剂,以及实施例1-实施例4、实施例6所得的Pt/g-C3N4/CeO2复合催化剂和对比例3所得Pt/TiO2复合催化剂对甲醛的去除既包括物理吸附也有光化学降解途径。
由图6可知随着甲醛浓度不断降低,二氧化碳浓度不断上升,表明甲醛被彻底分解成二氧化碳和水。但在黑暗条件下,观察到实施例5所述的催化剂上甲醛浓度降低的同时二氧化碳浓度也下降,表明在黑暗条件下实施例5所得的复合催化剂对甲醛的去除是物理吸附而非光化学降解途径。
由比较实施例5和对比例3的光测试数据可知实施例5所得的Pt/g-C3N4/CeO2复合催化剂对日光灯的可见光响应活性较强。实施例5所得的复合催化剂在日光灯打开时去除甲醛过程中,二氧化碳浓度升高值大于甲醛浓度的降低值,因此其对甲醛的降解活性最高。
4、实施例5所得的Pt/g-C3N4/CeO2复合催化剂对甲醛进行多次重复降解测试(测试完成后样品密封保存),其对甲醛的去除率变化如表2所示。
表2为25℃下本发明实施例5所得的复合催化剂对甲醛多次去除的活性
Figure BDA0002244810510000151
由表2可知,实施例5所得的Pt/g-C3N4/CeO2超低贵金属含量复合材料催化剂经过多次光催化降解甲醛后,对甲醛的催化去除活性保持在70.3%以上,表明该复合材料具有较高的稳定性能。
所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂,其特征在于,包括载体和活性中心,所述载体为g-C3N4/CeO2复合材料,所述活性中心为铂纳米粒子,所述铂纳米粒子在所述Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂中的质量占比为0.01~0.2wt%。
2.一种如权利要求1所述的Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:
S1、将g-C3N4/CeO2复合材料于水溶液中分散得到分散液;
S2、向所述分散液中加入铂前驱体得到混合液;
S3、向所述混合液中加入碱性还原剂得到混合物;
S4、将所述混合物纯化,得到所述复合光催化剂。
3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述S1中g-C3N4/CeO2复合材料中g-C3N4和CeO2的质量比为3~12:20。
4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述S1中分散时采用磁力搅拌0.15~3h。
5.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述S1中g-C3N4/CeO2复合材料的制备方法为:
将铈盐溶解在水中并搅拌均匀,然后加入浓氨水搅拌后得到分散液I;
将g-C3N4分散在水中并超声处理得到溶液II;
将所述溶液II迅速倒入所述分散液I中继续搅拌,然后在120~200℃下水热处理,得到g-C3N4/CeO2复合材料。
6.如权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述铈盐包括六水硝酸铈。
7.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述S2中铂前驱体为氯铂酸,所述氯铂酸中的铂元素占所述复合催化剂的质量百分数为0.01~0.2wt%;
将所述铂前驱体在所述分散液中浸渍时间为0.3h~6h。
8.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述S3中碱性还原剂为NaBH4和NaOH混合物。
9.如权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述NaBH4和NaOH的浓度范围均为0.1~0.5M。
10.权利要求1所述的Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂在作为去除甲醛气体中的应用,其特征在于,所述的Pt/g-C3N4/CeO2复合光催化剂具有日光灯响应活性,在室温下利用可见光,室温下去除甲醛气体污染物。
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