CN112142097B - 三水合锡酸镉及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三水合锡酸镉及其制备方法和应用。该方法包括以下步骤：将镉盐溶液与锡盐溶液混合并加入乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种，之后在160℃‑200℃下反应制得CdSnO3·3H2O。该方法简单，制备得到分布均匀的纳米立方体CdSnO3·3H2O且该CdSnO3·3H2O具有良好的光催化性能。本发明还包括上述方法制备得到的CdSnO3·3H2O及其在光催化降解有机污染物方面的应用。
Description
技术领域
本发明涉及光催化技术领域，尤其涉及一种三水合锡酸镉及其制备方法和应用。
背景技术
有机污染物的污染已威胁到环境可持续发展和人类健康，如常见的罗丹明B染料不仅具有致癌和致突变性，而且污染后的这类废水颜色深、有机污染物含量高、生物降解性差，用常规方法如物理吸附法、芬顿法等难以治理，因而导致水质长期恶化，严重危害水体环境和人类的健康，因此对该类废水的降解处理显得十分重要和紧迫。
光催化以其高效率、低毒性和轻度反应条件而引起广泛关注。目前应用最广泛光催化剂的是紫外光激发的TiO2类催化剂，但是由于其较宽的带隙(3.2eV)，且只在紫外光范围有催化效果，在可见光范围内并不具有催化活性，因而TiO2类光催化剂在使用过程中对太阳光的利用率较低，这大大限制了这类催化剂的实际应用。近来，CdSnO3·3H2O(CSH)被发现是降解有机污染物的有前途的光催化剂。CdSnO3·3H2O表现出对罗丹明B、苯、环己酸和丙酮等有机物的高光催化活性，能够充分利用光化学反应加速有机物降解，有助于缓解环境污染。CdSnO3·3H2O是一种典型的具有钙钛矿型结构的羟基化合物，具有较强的吸附能力、较大的禁带宽度和特殊的电子结构，因而其作为光催化剂、气敏性材料及锂离子电池的阳极材料而备受关注并得到广泛的研究。现有的合成方法较多，但如何通过简单的方法合成分布均匀的纳米立方体CdSnO3·3H2O且具有良好的光催化性能的CdSnO3·3H2O还是目前的难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何通过简单的方法制备得到分布均匀的纳米立方体CdSnO3·3H2O且该CdSnO3·3H2O具有良好的光催化性能。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种CdSnO3·3H2O的制备方法，包括以下步骤：
将镉盐溶液与锡盐溶液混合并加入乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种，之后在160℃-200℃下反应制得CdSnO3·3H2O。
进一步地，将所述镉盐溶液与所述锡盐溶液混合并加入加入乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种，在160℃-200℃下反应12-24小时制得所述CdSnO3·3H2O。
进一步地，将锡盐溶液与锡盐溶液混合并加入加入乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种，在160℃-200℃下反应12-24小时，之后超声制得所述CdSnO3·3H2O。超声后能够将CdSnO3·3H2O进一步地分散，防止CdSnO3·3H2O团聚影响其光催化性能。
进一步地，所述镉盐溶液为Cd(Ac)2溶液、Cd(NO3)2溶液和CdCl2溶液中的一种或多种。
进一步地，所述锡盐溶液为SnCl4溶液或者SnCl2溶液。
进一步地，所述镉盐溶液与所述锡盐溶液的Cd和Sn按照摩尔比1:0.5-2混合。
进一步地，所述镉盐溶液的浓度为0.05mol/L-0.1mol/L。
进一步地，所述锡盐溶液的浓度为0.05mol/L-0.1mol/L。
本发明还包括上述制备方法制备得到的CdSnO3·3H2O。
此外，本发明还包括上述CdSnO3·3H2O在光催化降解有机污染物方面的应用。
本发明与现有技术对比的有益效果包括：通过镉盐溶液与锡盐溶液混合并加入乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种，乙醇胺、二乙醇胺或者三乙醇胺具有多个配位原子，多个配位原子能够与金属离子Cd形成稳定的螯合物，螯合物稳定，在160℃-200℃下形成CdSnO3·3H2O反应过程中金属离子释放的速率更缓慢，使CdSnO3·3H2O能按照它本征的立方晶形生长从而得到分散均匀的纳米立方体CdSnO3·3H2O，且该CdSnO3·3H2O具有良好的光催化性能，可见光照射60min能够将罗丹明B降解完全，而且CdSnO3·3H2O的产率可高达93.1％。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为实施例1-3和对比例1制得的CdSnO3·3H2O材料的XRD图。
图2为实施例1-3和对比例1制得的CdSnO3·3H2O材料的SEM图。
图3为实施例2制得的CdSnO3·3H2O材料的紫外-可见吸收光降解曲线。
图4为实施例3制得的CdSnO3·3H2O材料的紫外-可见吸收光降解曲线。
图5为对比例1制得的CdSnO3·3H2O材料的紫外-可见吸收光降解曲线。
图6为实施例6通过改变二乙醇胺的用量制备得到的CdSnO3·3H2O材料催化罗丹明B速率结果图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本具体实施例方式提出一种CdSnO3·3H2O的制备方法，包括以下步骤：
将锡盐溶液与锡盐溶液按照Cd和Sn摩尔比1:0.5-2混合均匀并加入加入乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种，在160℃-200℃下反应12-24小时，之后超声制得所述CdSnO3·3H2O；其中，所述镉盐溶液优选为Cd(Ac)2溶液、Cd(NO3)2溶液和CdCl2溶液中的一种或多种，锡盐溶液优选为SnCl4溶液或者SnCl2溶液；镉盐溶液的浓度优选为0.05mol/L-0.1mol/L；锡盐溶液的浓度优选为0.05mol/L-0.1mol/L。
本具体实施方式还包括上述方法制备得到的CdSnO3·3H2O。
本具体实施方式还包括所述的CdSnO3·3H2O在光催化降解有机污染物方面的应用，进一步地，该有机污染物为罗丹明B。
为进一步说明上述具体实施方式提出的方法，下面列举相关实施例进行详细说明。下述实施例中使用的乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和氨水的浓度都是100％。
实施例1
室温下取0.267gCd(Ac)2·2H2O溶于12mL蒸馏水中，逐渐滴入乙醇胺16mL，同时将0.356g SnCl4·5H2O溶于12mL蒸馏水中，各磁力搅拌5分钟后，将两溶液混合；将混合液磁力搅拌5分钟混合均匀，装入反应釜；在马弗炉中180℃保温12小时后，形成白色沉淀，超声分散、离心洗涤、干燥得到0.273gCdSnO3·3H2O纳米立方材料，产率为82％。
实施例2
室温下取0.267gCd(Ac)2·2H2O溶于14mL蒸馏水中，逐渐滴入二乙醇胺8mL，同时将0.356gSnCl4·5H2O溶于14mL蒸馏水中，各磁力搅拌5分钟后，将两溶液混合；将混合液磁力搅拌5分钟混合均匀，装入反应釜；在马弗炉中180℃保温12小时后，形成白色沉淀，超声分散、离心洗涤、干燥得到0.310gCdSnO3·3H2O纳米立方材料，产率为93.1％。
实施例3
室温下取0.267gCd(Ac)2·2H2O溶于14mL蒸馏水中，逐渐滴入三乙醇胺8mL，同时将0.356gSnCl4·5H2O溶于14mL蒸馏水中，各磁力搅拌5分钟后，将两溶液混合；将混合液磁力搅拌5分钟混合均匀，装入反应釜；在马弗炉中180℃保温12小时后，形成白色沉淀，超声分散、离心洗涤、干燥得到0.285gCdSnO3·3H2O纳米立方材料，产率为85.6％。
实施例4
室温下取0.267gCd(Ac)2·2H2O溶于12mL蒸馏水中，逐渐滴入乙醇胺16mL，同时将0.4g SnCl4·5H2O溶于12mL蒸馏水中，各磁力搅拌5分钟后，将两溶液混合；将混合液磁力搅拌5分钟混合均匀，装入反应釜；在马弗炉中180℃保温12小时后，形成白色沉淀，超声分散、离心洗涤、干燥得到0.275gCdSnO3·3H2O纳米立方材料，产率为82.6％。
实施例5
室温下取0.267gCd(Ac)2·2H2O溶于12mL蒸馏水中，逐渐滴入二乙醇胺10mL，同时将0.4g SnCl4·5H2O溶于12mL蒸馏水中，各磁力搅拌5分钟后，将两溶液混合；将混合液磁力搅拌5分钟混合均匀，装入反应釜；在马弗炉中160℃保温24小时后，形成白色沉淀，超声分散、离心洗涤、干燥得到0.298gCdSnO3·3H2O纳米立方材料，产率为89.5％。
实施例6
本实施例通过改变二乙醇胺的用量得到CdSnO3·3H2O纳米立方材料，使用了1mL、4mL、8mL和16mL的二乙醇胺按照实施例1的方法制备得到CdSnO3·3H2O纳米立方材料。
实施例7
室温下取0.267gCd(NO3)2·4H2O溶于14mL蒸馏水中，逐渐滴入乙醇胺8mL，同时将0.356gSnCl2·2H2O溶于14mL蒸馏水中，各磁力搅拌5分钟后，将两溶液混合；将混合液磁力搅拌5分钟混合均匀，装入反应釜；在马弗炉中180℃保温12小时后，形成白色沉淀，超声分散、离心洗涤、干燥得到CdSnO3·3H2O纳米立方材料。
对比例1
室温下取0.267gCd(Ac)2·2H2O溶于14mL蒸馏水中，逐渐滴入氨水8mL，同时将0.356gSnCl4·5H2O溶于14mL蒸馏水中，各磁力搅拌5分钟后，将两溶液混合；将混合液磁力搅拌5分钟混合均匀，装入反应釜；在马弗炉中180℃保温12小时后，形成白色沉淀，超声分散、离心洗涤、干燥得到0.153gCdSnO3·3H2O，产率为45.9％。
从图1可以得到，实施例1-3以及对比例1都制备得到了CdSnO3·3H2O。
光催化试验
将实施例2-3和对比例1制备得到的CdSnO3·3H2O0.1g分散到100mL浓度为10ppm的罗丹明B溶液，在黑暗状态磁力搅拌60-90min并每隔30min取样检测，之后用350W氙灯模拟太阳光，每隔5-10min取出3mL悬浮液，离心分离后取清液用紫外可见光谱仪测量吸收光谱，结果如图3-6所示。实施例2制备的CdSnO3·3H2O光催化降解罗丹明B的效果最好，经过60min的照射，最后降解率为100％，实施例3制备得到的CdSnO3·3H2O光催化降解罗丹明B的降解率为70％；对比例1制备得到的CdSnO3·3H2O对罗丹明B的降解率只有20％，说明通过本发明制备得到的CdSnO3·3H2O光催化性能远远优于对比例1制备得到的CdSnO3·3H2O光催化性能。
最后将实施例2制备得到的CdSnO3·3H2O检测其光催化性能，结果从图6可以得知，4mL二乙醇胺制备得到的CdSnO3·3H2O光催化性能最好。
主要原因分析如下：
结合图2，实施例1-3制备得到的CdSnO3·3H2O为分布均匀的立方体形貌，特别是实施例2和3制备得到的CdSnO3·3H2O为分布均匀且尺寸均匀的立方体形貌；而对比例1制备得到的CdSnO3·3H2O为不规则形貌，这主要是因为氨水与镉离子形成的普通配合物不及上述螯合物稳定，致使在180℃的反应条件下金属离子浓度过高，CdSnO3·3H2O形成速率高于金属离子的扩散速率，CdSnO3·3H2O的生长速率过快，不能按其本征的立方晶形进行生长，影响其形貌的规整性，致使其光催化性能和产率下降。
其他有益效果：
1)本发明提出的方法制备的催化剂具有稳定、尺寸均匀、可见光催化活性高的特点，同时该方法制备条件温和，容易大规模生产。
2)所制备的CdSnO3·3H2O纳米立方材料，纳米颗粒大小均匀，形状规则；所述的纳米材料可以吸收波长小于520nm的可见光。在可见光激发下，对罗丹明B有较好的光催化效果，在60min内可将罗丹明B完全降解。
3)本发明通过实验条件控制使之形成不同尺寸的CdSnO3·3H2O纳米立方材料，颗粒大小均匀。其优点在于制备方法简单，实用性强，催化活性高，并且高温处理失去结晶水后形成的CdSnO3或Cd2SnO4纳米材料可作为基体材料负载贵金属进一步增强光催化活性。该纳米材料特有的结构具有优异的光催化性能和负载稳定性，在环境保护、纳米复合材料领域都有重要的应用价值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种三水合锡酸镉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将镉盐溶液与锡盐溶液混合并加入乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种，之后在160℃-200℃下在反应釜中反应12-24小时，之后超声制得CdSnO3•3H2O；所述镉盐溶液与所述锡盐溶液的Cd和Sn按照摩尔比1:0.5-2混合；所述镉盐溶液的浓度为0.05mol/L-0.1mol/L；所述锡盐溶液的浓度为0.05mol/L-0.1mol/L；所述镉盐溶液和所述锡盐溶液的溶剂为水；所述镉盐溶液为Cd(Ac)2溶液、Cd(NO3)2溶液和CdCl2溶液中的一种或多种；所述锡盐溶液为SnCl4溶液或者SnCl2溶液。
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