CN114618532A - 具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球制备及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明应用于光催化技术相关方面,采用了改进的水热合成反应制备CdMoO4/CdS纳米微球催化剂,并提供了其相关应用。拥有良好光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的制备方法,包括如下步骤:将氯化镉、乙酰丙酮钼和聚乙烯吡咯烷酮(K30)均匀混合在乙醇溶液中,水热反应后离心、干燥,高温煅烧后与乙酸镉和硫代乙酰胺(TAA)均匀混合在乙醇溶液中,水热反应后离心、干燥得到具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂。本发明的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂具有结构稳定、光利用率高、吸附能力强的特点,拥有良好的光催化分解水制氢性能,产氢性能高达6853.06μmol g‑1h‑1。可应用于光催化降解土霉素(OTC)、盐酸四环素(TCH)、左氧氟沙星(LEV)、活性红2(RR2)和诺氟沙星(NFX)等抗生素。
Description
技术领域
本发明属于光催化技术领域,尤其涉及具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
水体污染和能源短缺已经成为人类面临的重要问题,严重威胁到了人类的生活。抗生素主要应用于人类、禽畜的疾病预防与治疗、农业病害防治以及水产养殖等途径。水污染防治已经变得极为重要,需要一种新技术来处理水污染问题。
近几十年来,随着全球能源需求的持续增长,寻找新能源的研究越来越受到人们的关注。氢能,它作为二次能源,具有清洁、高效、安全、可贮存、可运输等诸多优点,已普遍被人们认为是一种最理想的新世纪无污染的绿色能源,光催化产氢技术作为一种新型绿色化学技术,因此受到了当今社会的高度重视。钼酸镉、硫化镉都是一种重要的金属盐,具有良好的光学、化学和电子结构性能,在可见光条件下具有良好的光催化性能,硫化镉的禁带宽度较窄,但是纯的硫化镉光生电子-空穴分离速率太慢,光生电子和光生空穴结合较快,对分解水产氢有着巨大影响,而且春硫化镉极容易发生光腐蚀,极大限制了其在实际中的大范围应用。因此,开发一种新型光催化剂成为了研究重点。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂及其制备方法和应用,旨在解决背景技术中指出的现有技术存在问题。
本发明实施例是这样实现的,一种具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的制备方法,包括以下步骤:将氯化镉、乙酰丙酮钼、聚乙烯吡咯烷酮(K30)、乙醇混合均匀后,等水热反应完全后进行离心,洗涤,干燥。经煅烧后将所得样品与乙酸镉、硫代乙酰胺和乙醇混合后,水热反应后经离心,洗涤,干燥后得到具有光催化性能CdMoO4/CdS纳米微球催化剂。
作为本发明实施例的另一种优选方案,所述的氯化镉、乙酰丙酮钼、聚乙烯吡咯烷酮(K30)的质量比为(200~700) : (150~500) : (100~400),乙醇的体积为50 ml。CdMoO4样品、乙酸镉、硫代乙酰胺的质量比为(25~75) : (400~1250) : (50~250)。
作为本发明实施例的另一种优选方案,制备CdMoO4样品水热反应的条件为180~220 ℃,46~50 h。制备CdMoO4/CdS水热反应的条件为160~200 ℃,10~14 h。
作为本发明实施例的另一种优选方案,所述的干燥处理过程中,置于真空干燥箱烘干18~26 h。
作为本发明实施例的另一种优选方案,煅烧处理过程中煅烧处理过程中,样品放置于马弗炉中,控制以5 ℃/min的升温速度升温至450~550 ℃,并在450~550℃温度下空气中煅烧2~4 h。
作为本发明实施例的另一种优选方案,所述的氯化镉、乙酰丙酮钼、聚乙烯吡咯烷酮(K30)摩尔比为2 : 1 : 2,乙酸镉、硫代乙酰胺的摩尔比为1 : 1。
作为本发明实施例的另一种优选方案,所述氯化镉采用二点五水氯化镉。乙酸镉采用四水乙酸镉。
本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述方法制备得到的具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂。
作为本发明实施例的另一种优选方案,所述CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的粒径为200 ~300 nm,其是一种结构稳定,分散性能好、粒径均匀的纳米微球。其具备良好的光催化分解水产氢的性能,以及光催化降解抗生素的性能。
本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述方法制备得到的具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂在分解水产氢或/和降解抗生素中的应用。
本发明的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂具有结构稳定、光利用率高、吸附能力强的特点,有利于电子的传输;本发明制备方法简便、成本低廉、光催化效率高,所制备的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂在可见光照射下,拥有良好的光催化分解水制氢性能,产氢性能高达6853.06 μmol g-1h-1。还能够有效降解土霉素(OTC)、左氧氟沙星(LEV)、盐酸四环素(TCH)、诺氟沙星(NFX)、等抗生素以及染料活性红2(RR2),在90分钟内,降解性能达到77%~93%。另外,本发明的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂还具有易回收、低毒等特点。
附图说明
图1为CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的XRD谱图;
图2为CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的产氢性能循环图;
图3为CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的降解性能的柱状图;
图4为CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的降解性能循环图;
图5为CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的SEM图;
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
实施例1
该实施例提供了一种具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂,其制备方法,包括以下步骤:
(1)氯化镉200 mg,乙酰丙酮钼150 mg,聚乙烯吡咯烷酮(K30)100 mg。均匀混合溶于50 ml乙醇中,超声剧烈搅拌20 min形成透明溶液后,转移到一个80 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱180℃条件下,反应46 h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,离心。烘箱18 h干燥。
(2)将所得样品粉末转移到坩埚中,将坩埚放在空气条件下的马弗炉中,控制以5℃/min升温速率升至450 ℃,并在450 ℃温度下煅烧2 h。得到粉末状CdMoO4。
(3)25 mg CdMoO4样品、400 mg乙酸镉和50 mg硫代乙酰胺溶于50 ml乙醇中,超声搅拌20 min后,转移到一个60 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱160 ℃条件下反应10h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,烘箱过夜。得到CdMoO4/CdS纳米微球催化剂。所述的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的粒径为200~300 nm,其是一种结构稳定、分散性能好、粒径均匀的纳米微球。
实施例2
该实施例提供了一种具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂,其制备方法,包括以下步骤:
(1)氯化镉235 mg,乙酰丙酮钼165 mg,聚乙烯吡咯烷酮(K30)110 mg。均匀混合溶于50 ml去乙醇中,超声剧烈搅拌30 min形成透明溶液后,转移到一个80 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱190 ℃条件下,反应48 h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,离心。烘箱20 h干燥。
(2)将所得样品粉末转移到坩埚中,将坩埚放在空气条件下的马弗炉中,控制以5℃/min升温速率升至470℃,并在470℃温度下煅烧3 h。得到粉末状CdMoO4。
(3)30 mg CdMoO4样品、480 mg乙酸镉和60 mg硫代乙酰胺溶于50 ml乙醇中,超声搅拌30 min后,转移到一个60 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱180 ℃条件下反应11h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,烘箱过夜。得到CdMoO4/CdS纳米微球催化剂。所述的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的粒径为200~300 nm,其是一种结构稳定、分散性能好、粒径均匀的纳米微球。
实施例3
该实施例提供了一种具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂,其制备方法,包括以下步骤:
(1)氯化镉465 mg,乙酰丙酮钼325 mg,聚乙烯吡咯烷酮(K30)250 mg。均匀混合溶于50 ml去乙醇中,超声剧烈搅拌25 min形成透明溶液后,转移到一个80 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱210 ℃条件下,反应49 h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,离心。烘箱21 h干燥。
(2)将所得样品粉末转移到坩埚中,将坩埚放在空气条件下的马弗炉中,控制以5℃/min升温速率升至485 ℃,并在485 ℃温度下煅烧3.5 h。得到粉末状CdMoO4。
(3)40 mg CdMoO4样品、635 mg乙酸镉和80 mg硫代乙酰胺溶于50 ml乙醇中,超声搅拌35 min后,转移到一个60 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱185 ℃条件下反应13h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,烘箱过夜。得到CdMoO4/CdS纳米微球催化剂。所述的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的粒径为200~300 nm,其是一种结构稳定、分散性能好、粒径均匀的纳米微球。
实施例4
该实施例提供了一种具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂,其制备方法,包括以下步骤:
(1)氯化镉310 mg,乙酰丙酮钼220 mg,聚乙烯吡咯烷酮(K30)180 mg。均匀混合溶于50 ml去乙醇中,超声剧烈搅拌35 min形成透明溶液后,转移到一个80 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱195 ℃条件下,反应47.5 h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,离心。烘箱19 h干燥。
(2)将所得样品粉末转移到坩埚中,将坩埚放在空气条件下的马弗炉中,控制以5℃/min升温速率升至500 ℃,并在500 ℃温度下煅烧2.8 h。得到粉末状CdMoO4。
(3)35 mg CdMoO4样品、550 mg乙酸镉和70 mg硫代乙酰胺溶于50 ml乙醇中,超声搅拌40 min后,转移到一个60 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱170 ℃条件下反应13.5 h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,烘箱过夜。得到CdMoO4/CdS纳米微球催化剂。所述的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的粒径为200 ~300 nm,其是一种结构稳定、分散性能好、粒径均匀的纳米微球。
实施例5
该实施例提供了一种具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂,其制备方法,包括以下步骤:
(1)氯化镉695 mg,乙酰丙酮钼490 mg,聚乙烯吡咯烷酮(K30)375 mg。均匀混合溶于50 ml去乙醇中,超声剧烈搅拌45 min形成透明溶液后,转移到一个80 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱200 ℃条件下,反应50 h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,离心。烘箱24 h干燥。
(2)将所得样品粉末转移到坩埚中,将坩埚放在空气条件下的马弗炉中,控制以5℃/min升温速率升至520 ℃,并在520 ℃温度下煅烧3.3 h。得到粉末状CdMoO4。
(3)45 mg的CdMoO4样品、720 mg乙酸镉和90 mg硫代乙酰胺溶于50 ml乙醇中,超声搅拌25 min后,转移到一个60 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱190 ℃条件下反应12.5 h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,烘箱过夜。得到CdMoO4/CdS纳米微球催化剂。所述的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的粒径为200 ~300 nm,其是一种结构稳定、分散性能好、粒径均匀的纳米微球。
实施例6
该实施例提供了一种具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂,其制备方法,包括以下步骤:
(1)氯化镉620 mg,乙酰丙酮钼435 mg,聚乙烯吡咯烷酮(K30)330 mg。均匀混合溶于50ml去乙醇中,超声剧烈搅拌40 min形成透明溶液后,转移到一个80 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱185 ℃条件下,反应46.5 h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,离心。烘箱25 h干燥。
(2)将所得样品粉末转移到坩埚中,将坩埚放在空气条件下的马弗炉中,控制以5℃/min升温速率升至530 ℃,并在530 ℃温度下煅烧3.7 h。得到粉末状CdMoO4。
(3)60 mg的CdMoO4样品、960 mg乙酸镉和115 mg硫代乙酰胺溶于50 ml乙醇中,超声搅拌45 min后,转移到一个60 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱175 ℃条件下反应10.5 h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,烘箱过夜。得到CdMoO4/CdS纳米微球催化剂。所述的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的粒径为200 ~300 nm,其是一种结构稳定、分散性能好、粒径均匀的纳米微球。
实施例7
该实施例提供了一种具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂,其制备方法,包括以下步骤:
(1)氯化镉345 mg,乙酰丙酮钼240 mg,聚乙烯吡咯烷酮(K30)185 mg。均匀混合溶于50 ml去乙醇中,超声剧烈搅拌30 min形成透明溶液后,转移到一个80 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱185 ℃条件下,反应47 h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,离心。烘箱19 h干燥。
(2)将所得样品粉末转移到坩埚中,将坩埚放在空气条件下的马弗炉中,控制以5℃/min升温速率升至500 ℃,并在515 ℃温度下煅烧2.5 h。得到粉末状CdMoO4。
(3)50 mg的CdMoO4样品、800 mg乙酸镉和100 mg硫代乙酰胺溶于50 ml乙醇中,超声搅拌40 min后,转移到一个60 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱165 ℃条件下反应11.5 h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,烘箱过夜。得到CdMoO4/CdS纳米微球催化剂。所述的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的粒径为200 ~300 nm,其是一种结构稳定、分散性能好、粒径均匀的纳米微球。
实施例8
该实施例提供了一种具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂,其制备方法,包括以下步骤:
(1)氯化镉280 mg,乙酰丙酮钼195 mg,聚乙烯吡咯烷酮(K30)150 mg。均匀混合溶于50 ml去乙醇中,超声剧烈搅拌25 min形成透明溶液后,转移到一个80ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱215 ℃条件下,反应49.5 h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,离心。烘箱25.5 h干燥。
(2)将所得样品粉末转移到坩埚中,将坩埚放在空气条件下的马弗炉中,控制以5℃/min升温速率升至480 ℃,并在480 ℃温度下煅烧2.4 h。得到粉末状CdMoO4。
(3)65 mg的CdMoO4样品、10400 mg乙酸镉和130 mg硫代乙酰胺溶于50 ml乙醇中,超声搅拌25 min后,转移到一个60 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱200 ℃条件下反应13.2 h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,烘箱过夜。得到CdMoO4/CdS纳米微球催化剂。所述的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的粒径为200 ~300 nm,其是一种结构稳定、分散性能好、粒径均匀的纳米微球。
实施例9
该实施例提供了一种具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂,其制备方法,包括以下步骤:
(1)氯化镉410 mg,乙酰丙酮钼285 mg,聚乙烯吡咯烷酮(K30)210 mg。均匀混合溶于50 ml去乙醇中,超声剧烈搅拌40 min形成透明溶液后,转移到一个80 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱205 ℃条件下,反应48 h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,离心。烘箱26 h干燥。
(2)将所得样品粉末转移到坩埚中,将坩埚放在空气条件下的马弗炉中,控制以5℃/min升温速率升至545 ℃,并在545 ℃温度下煅烧4 h。得到粉末状CdMoO4。
(3)55 mg的CdMoO4样品、880 mg乙酸镉和115 mg硫代乙酰胺溶于50 ml乙醇中,超声搅拌35 min后,转移到一个60 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱195 ℃条件下反应11.1 h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,烘箱过夜。得到CdMoO4/CdS纳米微球催化剂。所述的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的粒径为200 ~300 nm,其是一种结构稳定、分散性能好、粒径均匀的纳米微球。
实施例10
该实施例提供了一种具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂,其制备方法,包括以下步骤:
(1)氯化镉530 mg,乙酰丙酮钼375 mg,聚乙烯吡咯烷酮(K30)285 mg。均匀混合溶于50 ml去乙醇中,超声剧烈搅拌35 min形成透明溶液后,转移到一个80 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱220 ℃条件下,反应48.5 h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,离心。烘箱23 h干燥。
(2)将所得样品粉末转移到坩埚中,将坩埚放在空气条件下的马弗炉中,控制以5℃/min升温速率升至495 ℃,并在495 ℃温度下煅烧2.9 h。得到粉末状CdMoO4。
(3)70 mg的CdMoO4样品、11200 mg乙酸镉和140 mg硫代乙酰胺溶于50 ml乙醇中,超声搅拌35min后,转移到一个60 ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,在烘箱200 ℃条件下反应13.2 h。等反应釜冷却至室温后,用去离子水和乙醇多次洗涤后,烘箱过夜。得到CdMoO4/CdS纳米微球催化剂。所述的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的粒径为200 ~300 nm,其是一种结构稳定、分散性能好、粒径均匀的纳米微球。
图2可以看出,所制备的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂在可见光照射下,具备优异的光催化分解水产氢性能,产氢性能高达6853.06 μmolg-1h-1。
图3可以看出,所制备的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂能够有效降解水中土霉素,盐酸四环素,左氧氟沙星,诺氟沙星,活性红2的含量,降解率为77%~93%,浓度范围为20~40ppm。
图4可以看出,所制备的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂能够在循环四次时,依旧有着良好的降解性能,有着良好的稳定性。
以上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、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将氯化镉、乙酰丙酮钼、聚乙烯吡咯烷酮(K30)、乙醇混合均匀后,水热反应反应完全后进行离心、洗涤、干燥;再将所得样品与乙酸镉、硫代乙酰胺(TAA)、乙醇混合,水热反应后得到具有光催化性能CdMoO4/CdS纳米微球催化剂。
2. 根据权利要求1所述的具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的制备方法,其特征在于,所述的氯化镉、乙酰丙酮钼、聚乙烯吡咯烷酮(K30)的质量比为(200~700) :(150~500) : (100~400),乙醇的体积为50 ml;CdMoO4样品、乙酸镉、硫代乙酰胺的质量比为 (25~75) : (400~1250) : (50~250)。
3. 根据权利要求1所述的具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的制备方法,其特征在于,制备CdMoO4样品水热反应的条件为180~220 ℃,46~50 h;制备CdMoO4/CdS水热反应的条件为160~200 ℃,10~14 h。
4.根据权利要求1所述的具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的制备方法,其特征在于,所述的干燥处理过程中,置于真空干燥箱烘干18~26h。
5. 根据权利要求1所述的具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的制备方法,其特征在于,煅烧处理过程中,样品放置于马弗炉中,控制以5 ℃/min的升温速度升温至450~550 ℃,并在450~550℃温度下空气中煅烧2~4 h。
6.根据权利要求1所述的具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的制备方法,其特征在于,所述的氯化镉、乙酰丙酮钼、聚乙烯吡咯烷酮(K30)摩尔比为2 : 1 : 2,乙酸镉、硫代乙酰胺的摩尔比为1 : 1。
7.根据权利要求1所述的具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的制备方法,其特征在于,所述氯化镉采用二点五水氯化镉,乙酸镉采用四水乙酸镉。
8.一种如权利要求1~7任一所述的方法制备得到的具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂。
9.根据权利要求8所属的具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂,其特征在于,所述的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂的粒径为200~300 nm。
10.一种如权利要求8或9所述的具有光催化性能的CdMoO4/CdS纳米微球催化剂在分解水产氢或降解抗生素中的应用。
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