CN111036295A - 一种光催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明“一种光催化剂及其制备方法及应用”,属于光催化剂领域。所述光催化剂为对苯二甲酸改性的二氧化钛。本发明还提供所述光催化剂的制备方法,即采用对苯甲二酸修饰二氧化碳。此外,本发明还提供所述光催化剂在降解RhB方面的应用。本发明的光催化剂对RhB的降解率高达60%‑94%。
Description
技术领域
本发明属于光催化技术领域,涉及一种光催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
半导体光催化剂在有机污染物(如罗丹明B)降解中的应用对解决环境污染具有重要意义。然而,宽带隙和低量子效率仍然是光催化剂的“瓶颈”。因此,积极开发高效可再生的具有可见光响应的光催化剂,充分发挥太阳能的作用,具有重要的意义。
二氧化钛(TiO2)是一种宽带隙半导体(3.2eV)。它具有环保、廉价、无光腐蚀、稳定性好、易获得性好、光催化效率高等优点。但是其存在TiO2具有宽禁带(3.2eV),光生电子空穴对的高复合速率和容易团聚等缺点,这极大的限制了二氧化钛在光催化领域中的应用。因此,如何获得一种光生电子-空穴分离效率高、光催化活性高、氧化还原能力强、稳定性好的对苯二甲酸表面改性二氧化钛的光催化剂,对于有效降解有机污染物具有十分重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种可见光吸收性能优异、光生电子-空穴分离效率高、光催化活性高、氧化还原能力强、稳定性好的对苯二甲酸改性的二氧化钛光催化剂及其制备方法和应用。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种光催化剂,其特征在于,为对苯二甲酸改性的二氧化钛。
所述对苯二甲酸改性的二氧化钛指,以二氧化钛为载体,所述二氧化钛上有对苯二甲酸修饰;所述改性指表面改性。
二氧化钛表面有许多的烃基基团,能够与对苯二甲酸的羧基发生脱水缩合,形成酯基,因此形成表面改性的二氧化钛,本发明意外发现采用对二苯甲酸表面改性的二氧化钛对污染物RhB的高催化降解效率。
一种光催化剂的制备方法,其特征在于,采用对苯甲二酸修饰二氧化碳。
所述制备方法包括以下步骤:
S1、将对苯二甲酸溶于N,N-二甲基甲酰胺得到对苯二甲酸溶液;
S2、在S1步骤得到的所述对苯二甲酸溶液中加入钛酸四丁酯与无水甲醇混合液得到对苯二甲酸与二氧化钛的前驱体溶液;
S3、将S2步骤得到的所述对苯二甲酸混合液与二氧化钛的前驱体溶液进行溶剂热反应。
S1中用到的N,N-二甲基甲酰胺是溶剂,对苯二甲酸是白色结晶固体,它只溶于少量的有机溶剂,目前最常用的溶剂就是N,N-二甲基甲酰胺;
S2中的钛酸四丁酯是合成二氧化钛的钛源,但是钛酸四丁酯水解速率极大,加入少量的无水甲醇可以有效地减缓钛酸四丁酯水解速率,从而有效合成二氧化钛;
S3中的溶剂热反应具备本领域技术人员常规理解的含义,本领域通常把前驱体混合物放在反应釜内,在一定的温度和溶液的自生压力下的合成方法叫作溶剂热反应。其操作步骤是,将反应液倒入四聚乙烯内衬里,再将四聚乙烯内衬装到不锈钢的高压反应釜拧紧,根据本领域的常规选择和调整设置温度和反应时间。
S1中,所述N,N-二甲基甲酰胺溶液的体积为10-20mL;优选18mL;
S2中,所述钛酸四丁酯与无水甲醇的体积比为3∶10;所述钛酸四丁酯与对苯二甲酸的摩尔比为1∶2;
S3中,所述溶剂热反应的温度为150℃~200℃;所述溶剂热反应的时间为15h~25h;
优选地,所述步骤S2中,所述对苯二甲酸与二氧化钛的前驱体溶液需要剧烈搅拌,且搅拌时间为10~30min。
所述的光催化剂,和/或,所述的制备方法制得的光催化剂在降解RhB方面的应用。
所述RhB指纺织废水中的RhB;
优选地,所述应用包括:将所述光催化剂处理纺织废水。
除了纺织废水,还可以将本发明的光催化剂用于实验室废料、玻璃制造业废料、烟花爆竹制造业废料的处理,RhB可以用作实验室中细胞荧光染色剂,同时有色玻璃制造、特色烟花爆竹制造等行业中也会涉及使用RhB。
所述光催化剂处理纺织废水指:在纺织废水中添加所述光催化剂,黑暗条件下达到吸附平衡后再在光照条件下进行光催化反应。
所述黑暗条件下通过搅拌达到所述吸附平衡;所述在纺织废水中添加所述光催化剂的添加量为每升纺织废水中添加所述光催化剂0.02g~0.05g。
所述纺织废水中染料的浓度为20mg/L~50mg/L;
优选地,所述染料指RhB。
所述搅拌的时间为1h;所述光催化反应的时间≥60min。
本发明提供一种对苯二甲酸改性的二氧化钛光催化剂,所述对苯二甲酸改性的二氧化钛光催化剂是以二氧化钛为载体,所述二氧化钛上由对苯二甲酸修饰。
作为一个总的技术构思,本发明还提供了一种上述的对苯二甲酸改性的二氧化钛光催化剂的制备方法,包括以下步骤:
S1、将对苯二甲酸与N,N-二甲基甲酰胺混合,搅拌溶解,得到对苯二甲酸的溶液;
S2、将钛酸四丁酯与无水甲醇混合液滴加入S1所述的对苯二甲酸的溶液中搅拌;
S3、将步骤2中得到的对苯二甲酸溶液与二氧化钛的前驱体溶液进行溶剂热反应,得到对苯二甲酸表面修饰的二氧化钛光催化剂;
上述的制备方法,进一步改进的,其特征在于,所述步骤S1中,所述N,N-二甲基甲酰胺溶液的体积为18mL;
所述步骤S2中,所述钛酸四丁酯与无水甲醇的体积比为3∶10;所述对苯二甲酸与二氧化钛的前驱体溶液的搅拌时间为10~30min;
所述步骤(3)中,所述溶剂热反应的温度为150℃~200℃;所述溶剂热反应的时间为15h~25h。
上述的制备方法,进一步改进的,其特征在于,所述步骤S2中,所述钛酸四丁酯与对苯二甲酸的摩尔比为1∶2;
作为一个总的技术构思,本发明还提供了一种上述的对苯二甲酸表面修饰二氧化钛光催化剂或上述的制备方法制得的对苯二甲酸表面修饰二氧化钛光催化剂在在处理纺织废水中的应用。
上述的应用,进一步改进的,其特征在于,包括以下步骤:将对苯二甲酸/二氧化钛光催化剂与纺织废水混合,在黑暗条件下搅拌达到吸附平衡,在光照条件下进行光催化反应,完成对纺织废水的处理;所述对苯二甲酸/二氧化钛光催化剂的添加量为每升纺织废水中添加对苯二甲酸/二氧化钛光催化剂0.02g~0.05g。
上述的应用,进一步改进的,其特征在于,所述纺织废水中的染料为罗丹明;所述纺织废水中染料的浓度为20mg/L~50mg/L。
上述的应用,进一步改进的,其特征在于,所述搅拌的时间为1h;所述光催化反应的时间≥60min。
本发明的创新点在于:
针对二氧化钛存在可见光吸收性能不足,电子空穴易复合、量子效率低、易团聚等缺点,本发明中开创性地地将二氧化钛与对苯二甲酸(TPA)复合构建二元复合体系,在该复合体系中二氧化钛作为基底物质被对苯二甲酸修饰,而对苯二甲酸对二氧化钛之间电子传递按LMCT型路径传递,从而减少光生电子-空穴的复合,提高单一二氧化钛的氧化还原能力,并且对苯二甲酸与二氧化钛的LMCT效应有效地提高了该体系的可见光吸收能力,使光催化剂能够较好的吸收可见光。此外,该LMCT型体系产生的光生电子能将吸附的氧气还原成超氧自由基。可见,本发明中的活性自由基包括:空穴、超氧自由基,它们都能对污染物起到氧化降解的作用,进一步提升了对苯二甲酸和二氧化钛复合催化剂的光催化性能。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
(1)一种对苯二甲酸改性的二氧化钛光催化剂,所述对苯二甲酸改性的二氧化钛光催化剂是以二氧化钛为载体,所述二氧化钛上由对苯二甲酸修饰,具有可见光吸收性能优异、光生电子-空穴分离效率高、光催化活性高、氧化还原能力强、稳定性好等优点,能够高效降解染料废水。本发明对苯二甲酸修饰的二氧化钛复合光催化剂的光生电子-空穴的转移路径符合LMCT型机制。
(2)本发明对苯二甲酸表面修饰二氧化钛的复合光催化剂中,通过优化二氧化钛与对苯二甲酸与的摩尔比0.25~1.0,不仅能够有效克服二氧化钛的可见光吸收性能不足,电子空穴易复合等缺点,进一步提高催化剂的光催化效果,这是因为当对苯二甲酸含量不足(如摩尔比大于0.5)时,复合光催化剂的LCMT传导机理变差,从而导致光催化效果的降低;而当对苯二甲酸含量过高(如摩尔比小于0.5)时二氧化钛的容易团聚,没有起到很好的分散效果,所以光催化效果不佳。
(3)本发明还提供了一种由对苯二甲酸表面改性的二氧化钛光催化剂的制备方法,具有合成方法简便、原料成本低、耗能少、耗时短、条件易控等优点,适于连续大规模批量生产,便于工业化利用。
(4)本发明二氧化钛与对苯二甲酸的二元复合光催化剂的制备方法中,合成原料具有毒性低、易得、经济、不易造成二次污染等优点。
(5)本发明还提供了一种由对苯二甲酸表面改性的二氧化钛光催化剂可用于处理染料废水,具有工艺简单、操作方便、处理效率高、对污染物降解效率(效果)高等优点,有着很好的实际应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1-5提供的由对苯二甲酸修饰的二氧化钛光催化剂(TiO2-TPA-0.25(TT-0.25),TiO2-TPA-0.5(TT-0.5),TiO2-TPA-0.75(TT-0.75),TiO2-TPA-1.0(TT-1.0))和对比例1制得的二氧化钛(TiO2)的XRD图。
图2为本发明实施例2制得的由对苯二甲酸修饰的二氧化钛光催化剂(TiO2-TPA-0.5)、和对比例1制得的二氧化钛(TiO2)的TEM图。其中a、b、c、d为TiO2,e、f、g、h为TiO2-TPA-0.5。
图3为本发明实施例1-5提供的由对苯二甲酸修饰的二氧化钛光催化剂(TiO2-TPA-0.25(TT-0.25),TiO2-TPA-0.5(TT-0.5),TiO2-TPA-0.75(TT-0.75),TiO2-TPA-1.0(TT-1.0))和对比例1制得的二氧化钛(TiO2)的瞬态光电流强度图。
图4为本发明实施例1-5提供的由对苯二甲酸修饰的二氧化钛光催化剂(TiO2-TPA-0.25(TT-0.25),TiO2-TPA-0.5(TT-0.5),TiO2-TPA-0.75(TT-0.75),TiO2-TPA-1.0(TT-1.0))和对比例1制得的二氧化钛(TiO2)的阻抗图。
图5为本发明实施例1-5提供的由对苯二甲酸修饰的二氧化钛光催化剂TiO2-TPA-0.25(TT-0.25),TiO2-TPA-0.5(TT-0.5),TiO2-TPA-0.75(TT-0.75),TiO2-TPA-1.0(TT-1.0))和对比例1制得的二氧化钛(TiO2)光催化降解罗丹明B废水时对应的时间-降解效率的关系图,blank指空白对照。
图6为本发明实施例6中由对苯二甲酸修饰的二氧化钛光催化剂(TiO2-TPA-0.5)对罗丹明B废水的循环降解效果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,但并不以此限定本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
本发明的术语:二氧化钛、对苯二甲酸、改性、表面改性、前驱体溶液、LMCT、RhB、TPA、溶剂热反应、光催化反应、吸附平衡等,都具有本领域技术人员常规理解的技术含义。
实施例1:
一种由对苯二甲酸表面修饰的二氧化钛(TiO2-TPA)二元复合光催化剂,以二氧化钛(TiO2)为载体,二氧化钛上有对苯二甲酸(TPA)修饰。
本实施例中,该二氧化钛/对苯二甲酸二元复合光催化剂中二者的摩尔比为0.25。
一种上述本实施例的对苯二甲酸表面修饰的二氧化钛(TiO2-TPA)二元复合光催化剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)在搅拌条件下,将1.75mmol钛酸四丁酯逐滴缓慢加入到4mL无水甲醇中,得到钛酸四丁酯溶液。
(2)将7mmol对苯二甲酸加至18mL N,N-二甲基甲酰胺中,继续搅拌至对苯二甲酸完全溶解形成透明澄清溶液,得到对苯二甲酸溶液,逐滴缓慢加入步骤(1)中的钛酸四丁酯溶液,剧烈搅拌30分钟,得到白色浆液。
(3)将步骤(2)中得到的浆液转移到100mL的不锈钢高压釜中,在180℃下溶剂热反应24小时,经冷却、离心、DMF和甲醇清洗后,80度干燥,得到二氧化钛/对苯二甲酸(TiO2-TPA)纳米片,命名为TiO2-TPA-0.25。
对比例1:
一种二氧化钛的制备方法,包括以下步骤:将1.75mmol钛酸四丁酯逐滴缓慢加入到4mL无水甲醇中,得到钛酸四丁酯溶液。然后逐滴缓慢加入到18mL纯水中,180摄氏度反应24h后,得到纯的二氧化钛(TiO2)。
实施例2:
一种由对苯二甲酸表面修饰的二氧化钛(TiO2-TPA)二元复合光催化剂,以二氧化钛(TiO2)为载体,二氧化钛上包裹有对苯二甲酸(TPA)。
本实施例中,该二氧化钛/对苯二甲酸二元复合光催化剂中二者的摩尔比为0.5。
一种上述本实施例的二氧化钛/对苯二甲酸(TiO2-TPA)二元复合光催化剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)在搅拌条件下,将3.5mmol钛酸四丁酯逐滴缓慢加入到4mL无水甲醇中,得到钛酸四丁酯溶液。
(2)将7mmol对苯二甲酸加至18mL N,N-二甲基甲酰胺中,继续搅拌至对苯二甲酸完全溶解形成透明澄清溶液,得到对苯二甲酸溶液,逐滴缓慢加入步骤(1)中的钛酸四丁酯溶液,剧烈搅拌30分钟,得到白色浆液。
(3)将步骤(2)中得到的浆液转移到100mL的不锈钢高压釜中,在180℃下溶剂热反应24小时,经冷却、离心、DMF和甲醇清洗后,80度干燥,得到二氧化钛/对苯二甲酸(TiO2-TPA)纳米片,命名为TiO2-TPA-0.5。
图1为发明实施例1,2,3,4制得的二氧化钛/对苯二甲酸光催化剂(TiO2-TPA-0.25,TiO2-TPA-0.5,TiO2-TPA-0.75and TiO2-TPA-1.0)和对比例1制得的二氧化钛(TiO2)的XRD图。由图1可知,二氧化钛为锐钛矿型的二氧化钛,不同比例的对苯二甲酸修饰的二氧化钛为锐钛矿和板钛矿的异质型结构。晶型的异质结能够有效促进光生电子-空穴的分离。
图2为本发明实施例2制得的由二氧化钛/对苯二甲酸光催化剂(TiO2-TPA-0.5)和对比例1制得的二氧化钛(TiO2)的TEM图。其中a、b、c、d为TiO2,e、f、g、h为TiO2-TPA-0.5。由图2a和2b可知,二氧化钛为10nm左右的颗粒状结构。由图2e和2f可知,二氧化钛/对苯二甲酸为20nm左右的片状结构。由图2c和2g(高分辨TEM图)可知,高分辨TEM进一步说明了二氧化钛的存在。由图2d和2h(电子衍射图)可知,二氧化钛/对苯二甲酸为同二氧化钛相比,多了121晶面结构,与图1中的结果一致。
图3为本发明实施例2中制得的二氧化钛/对苯二甲酸光催化剂(TiO2-TPA-0.25,TiO2-TPA-0.5,TiO2-TPA-0.75and TiO2-TPA-1.0)和对比例1制得的二氧化钛(TiO2)的瞬态光电流强度图。由图3可知,二氧化钛/对苯二甲酸光催化剂(TiO2-TPA-0.5),具有最强的瞬态光电流强度,表明本发明二元复合LMCT型光催化剂的构成有利于促进光生电子-空穴的分离。
图4为本发明实施例1,2,3,4中制得的二氧化钛/对苯二甲酸光催化剂(TiO2-TPA-0.25,TiO2-TPA-0.5,TiO2-TPA-0.75and TiO2-TPA-1.0)和对比例1制得的二氧化钛(TiO2)的阻抗图。由图4可知,二氧化钛/对苯二甲酸光催化剂(TiO2-TPA-0.5)显示最小的电弧半径,说明本发明二元复合LMCT型光催化剂的光生电子在转移过程中受到的电阻最小,具有最高的电导率,从而促进光生电子和空穴被更有效的利用。
实施例3:
一种由对苯二甲酸表面修饰的二氧化钛(TiO2-TPA)二元复合光催化剂,以二氧化钛(TiO2)为载体,二氧化钛上有对苯二甲酸(TPA)修饰。
本实施例中,该二氧化钛/对苯二甲酸二元复合光催化剂中二者的摩尔比为0.75。
一种上述本实施例的对苯二甲酸表面修饰的二氧化钛(TiO2-TPA)二元复合光催化剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)在搅拌条件下,将5.25mmol钛酸四丁酯逐滴缓慢加入到4mL无水甲醇中,得到钛酸四丁酯溶液。
(2)将7mmol对苯二甲酸加至18mL N,N-二甲基甲酰胺中,继续搅拌至对苯二甲酸完全溶解形成透明澄清溶液,得到对苯二甲酸溶液,逐滴缓慢加入步骤(1)中的钛酸四丁酯溶液,剧烈搅拌30分钟,得到白色浆液。
(3)将步骤(2)中得到的浆液转移到100mL的不锈钢高压釜中,在180℃下溶剂热反应24小时,经冷却、离心、DMF和甲醇清洗后,80度干燥,得到二氧化钛/对苯二甲酸(TiO2-TPA)纳米片,命名为TiO2-TPA-0.75。
实施例4:
一种由对苯二甲酸表面修饰的二氧化钛(TiO2-TPA)二元复合光催化剂,以二氧化钛(TiO2)为载体,二氧化钛上有对苯二甲酸(TPA)修饰。
本实施例中,该二氧化钛/对苯二甲酸二元复合光催化剂中二者的摩尔比为1.0。
一种上述本实施例的对苯二甲酸表面修饰的二氧化钛(TiO2-TPA)二元复合光催化剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)在搅拌条件下,将7mmol钛酸四丁酯逐滴缓慢加入到4mL无水甲醇中,得到钛酸四丁酯溶液。
(2)将7mmol对苯二甲酸加至18mL N,N-二甲基甲酰胺中,继续搅拌至对苯二甲酸完全溶解形成透明澄清溶液,得到对苯二甲酸溶液,逐滴缓慢加入步骤(1)中的钛酸四丁酯溶液,剧烈搅拌30分钟,得到白色浆液。
(3)将步骤(2)中得到的浆液转移到100mL的不锈钢高压釜中,在180℃下溶剂热反应24小时,经冷却、离心、DMF和甲醇清洗后,80度干燥,得到二氧化钛/对苯二甲酸(TiO2-TPA)纳米片,命名为TiO2-TPA-1.0。
实施例5:
一种由对苯二甲酸表面修饰的二氧化钛(TiO2-TPA)二元复合光催化剂,在处理罗丹明B废水中的应用,具体为利用二氧化钛/对苯二甲酸(TiO2-TPA)二元复合LMCT型光催化剂降解罗丹明B废水,包括以下步骤:本实施例中,该二氧化钛/对苯二甲酸二元复合光催化剂中二者的摩尔比为0.5。
一种二氧化钛/对苯二甲酸(TiO2-TPA)二元复合LMCT型光催化剂。
称取0.03g实施例1,2,3,4中制得的二氧化钛/对苯二甲酸(TiO2-TPA)二元复合LMCT型光催化剂(TiO2-TPA-0.25,TiO2-TPA-0.5,TiO2-TPA-0.75and TiO2-TPA-1.0)和对比例1中制得的二氧化钛(TiO2),设置空白对照实验,分别添加到100mL、浓度为40mg/L的罗丹明B(RhB)废水中,以及空白实验在暗处(黑暗条件)磁力搅拌一个小时,达到吸附平衡,打开光源,在可见光(λ≥420nm)下照射进行光催化反应60min,完成对染料废水的处理(降解)。
降解效率的测定:每隔10min吸取4mL反应容器中的光催化降解液,用0.45μm的滤头过滤,滤液在紫外-可见分光光度计仪器上进行检测。
图5为本发明实施例5中二氧化钛/对苯二甲酸二元复合LMCT型光催化剂(TiO2-TPA-0.25,TiO2-TPA-0.5,TiO2-TPA-0.75and TiO2-TPA-1.0)和对比例1中制得的二氧化钛(TiO2)光催化以及空白实验降解罗丹明B废水时对应的时间-降解效率的关系图。图5中Ct代表降解后的RhB的浓度,C0表示RhB的初始浓度。
从图5中可知:
本发明实施例1中制得的二氧化钛/对苯二甲酸二元复合LMCT型光催化剂(TiO2-TPA-0.25)在光催化反应60min后对RhB的降解效率为31.4%。
本发明实施例2中制得的二氧化钛/对苯二甲酸二元复合LMCT型光催化剂(TiO2-TPA-0.5)在光催化反应60min后对RhB的降解效率为94.1%。
本发明实施例3中制得的二氧化钛/对苯二甲酸二元复合LMCT型光催化剂(TiO2-TPA-0.75)在光催化反应60min后对RhB的降解效率为75.0%。
本发明实施例4中制得的二氧化钛/对苯二甲酸二元复合LMCT型光催化剂(TiO2-TPA-1.0)在光催化反应60min后对RhB的降解效率为61.1%。
对比例1中制得的二氧化钛(TiO2)在光催化反应60min后对RhB的降解效率为3.0%。
对比例2中空白实验在光催化反应60min后对RhB的降解效率为3.3%。
上述结果表明:本发明二氧化钛/对苯二甲酸二元复合LMCT型光催化剂能够有效去除废水中的罗丹明B,其中实施例2中制得的二氧化钛/对苯二甲酸二元复合LMCT型光催化剂(TiO2-TPA-0.5)对RhB的去除率最佳,在可见光下光催化反应60min后对RhB的降解效率为94.1%,而单纯的二氧化钛的降解效率分别只有3%。通过比较可知:与单纯的二氧化钛相比,本发明的二氧化钛/对苯二甲酸二元复合LMCT型光催化剂对染料废水的降解效率提高了31.3倍,导致该现象的主要原因是本发明的光催化剂的LMCT机理有利于提高了半导体中对可见光的吸收效率和电子-空穴的分离效率。
实施例6:
考察本发明二氧化钛/对苯二甲酸(TiO2-TPA-0.5)二元复合LMCT型光催化剂在光催化降解过程中的稳定性,包括以下步骤:
(1)称取0.03g实施例2中的二氧化钛/对苯二甲酸二元复合LMCT型光催化剂,添加至100mL、浓度为40mg/L的罗丹明B废水中,得到反应体系。
(2)将步骤(1)中得到的反应体系(添加有TiO2-TPA-0.5的罗丹明B废水)置于磁力搅拌器上,避光搅拌1h以达到吸附平衡,从中取出4mL溶液来代表待降解的初始液,即反应时间为0min时的溶液,用紫外可见分光光度仪测其浓度,并记为C0。
(3)将步骤(2)剩余的溶液在可见光下进行光催化反应,反应60min后从反应体系内取4mL溶液过滤,用紫外可见分光光度仪测滤液中RhB残余浓度,记为C。
(4)将步骤(3)反应后的溶液离心分离,倒掉上清液,收集反应后的TiO2-TPA-0.5,用去离子水和乙醇洗涤RhB后,离心烘干,得到再生后的TiO2-TPA-0.5,称重并重新加入到100mL、浓度为40mg/L的RhB废水中,形成新的反应体系。
(5)继续重复步骤(2)~(4)四次。
图6为本发明实施例6中由对苯二甲酸修饰的二氧化钛光催化剂(TiO2-TPA-0.5)对RhB废水的循环降解效果图。
图6为本发明实施例6中二氧化钛/对苯二甲酸二元复合LMCT型光催化剂(TiO2-TPA-0.5)对RhB废水的循环降解效果图。以RhB的降解效率为纵坐标,以循环次数为横坐标。由图6可以看出,经过五次循环后,二氧化钛/对苯二甲酸二元复合LMCT型光催化剂(TiO2-TPA-0.5)依然展现出相对高效的光催化性能,四次循环后降解效率依然达到83.60%,这说明本发明的二氧化钛/对苯二甲酸二元复合LMCT型光催化剂具有光催化性能稳定、对染料废水降解效率高的优点,是一种稳定性好且高效的新型可见光催化剂,具有很好的实际应用前景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种光催化剂,其特征在于,为对苯二甲酸改性的二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的光催化剂,其特征在于,所述对苯二甲酸改性的二氧化钛指,以二氧化钛为载体,所述二氧化钛上有对苯二甲酸修饰;所述改性指表面改性。
3.一种光催化剂的制备方法,其特征在于,采用对苯甲二酸修饰二氧化钛。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、将对苯二甲酸溶于N,N-二甲基甲酰胺得到对苯二甲酸溶液;
S2、在S1步骤得到的所述对苯二甲酸溶液中加入钛酸四丁酯与无水甲醇混合液得到对苯二甲酸与二氧化钛的前驱体溶液;
S3、将S2步骤得到的所述对苯二甲酸混合液与二氧化钛的前驱体溶液进行溶剂热反应。
5.根据权利要求2所述的对苯二甲酸表面改性二氧化钛光催化剂的制备方法,其特征在于,S1中,所述N,N-二甲基甲酰胺溶液的体积为10-20mL;优选18mL;
S2中,所述钛酸四丁酯与无水甲醇的体积比为3∶10;所述钛酸四丁酯与对苯二甲酸的摩尔比为1∶2;
S3中,所述溶剂热反应的温度为150℃~200℃;所述溶剂热反应的时间为15h~25h;
优选地,所述步骤S2中,所述对苯二甲酸与二氧化钛的前驱体溶液需要剧烈搅拌,且搅拌时间为10~30min。
6.权利要求1或2所述的光催化剂,权利要求3-5任一所述的制备方法制得的光催化剂在降解RhB方面的应用。
7.根据权利要求6所述的应用,其特征在于,所述RhB指纺织废水中的RhB;
优选地,所述应用包括:将所述光催化剂处理纺织废水。
8.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,所述光催化剂处理纺织废水指:在纺织废水中添加所述光催化剂,黑暗条件下达到吸附平衡后再在光照条件下进行光催化反应。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,所述黑暗条件下通过搅拌达到所述吸附平衡;所述在纺织废水中添加所述光催化剂的添加量为每升纺织废水中添加所述光催化剂0.02g~0.05g;
所述纺织废水中染料的浓度为20mg/L~50mg/L;
优选地,所述染料指RhB。
10.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,所述搅拌的时间为1h;所述光催化反应的时间≥60min。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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