CN115739069A - 一种碳基压电复合催化材料的制备方法 - Google Patents
一种碳基压电复合催化材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115739069A CN115739069A CN202211242435.8A CN202211242435A CN115739069A CN 115739069 A CN115739069 A CN 115739069A CN 202211242435 A CN202211242435 A CN 202211242435A CN 115739069 A CN115739069 A CN 115739069A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon
- preparation
- piezoelectric
- catalytic material
- composite catalytic
- 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
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 44
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 20
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 18
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 17
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 13
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 11
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 8
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 3
- 238000000527 sonication Methods 0.000 claims 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 11
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 5
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M methyl orange Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M 0.000 abstract description 3
- 229940012189 methyl orange Drugs 0.000 abstract description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 abstract description 2
- STZCRXQWRGQSJD-UHFFFAOYSA-M sodium;4-[[4-(dimethylamino)phenyl]diazenyl]benzenesulfonate Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1N=NC1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 3
- 150000001334 alicyclic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 1
- 150000007824 aliphatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 125000006615 aromatic heterocyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002211 ultraviolet spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Abstract
本发明公开了一种碳基压电复合催化材料的制备方法，其步骤如下：对活性炭基底进行改性处理；制备压电材料；制备压电‑光催化复合材料；制备碳基压电复合催化材料，本发明主要使用水热法、退火法和化学沉淀法制备压电复合催化材料，在超声作用下，此催化剂对甲基橙的降解率在25分钟时达到了85.94％，操作简单，成本低，催化剂效果稳定，可以实现大规模应用。
Description
技术领域：
本发明涉及催化材料制备领域，特别涉及一种碳基压电复合催化材料的制备方法。
背景技术：
有机化合物是水资源污染的主要因素之一。有机化合物按碳架分类包括脂肪族化合物、脂环族化合物、芳香族化合物、脂杂环化合物和芳杂环化合物，按官能团分类包括烯烃、酚、醇、醛、胺等。这些有机化合物在使用过程中和使用之后都对环境和人类健康有着严重的负面影响。
近年来，依赖于载流子的电荷能或分离效率的压电催化引起了广泛关注。压电效应诱导的内电场可以显著提高光生电子-空穴对的分离效率，能够有效地应用于环境治理中(如污染物降解、水解、消毒等)。在非中心对称晶体结构中，电场的极性变化会引起正负电荷中心的位移，使正负电荷中心出现在材料的相反表面，这是压电材料的关键特征。过渡金属氧化物纳米颗粒由于高表面积和半导体特性，其作为催化剂在废水处理中也被广泛采纳。活性炭有孔隙结构发达、表面积高等优点，既可作为优良的吸附剂，也可作为复合材料催化剂的基底材料，为催化剂提供反应活性位点，在一定程度上增强催化剂的催化活性。本发明设计出了一种碳基的压电复合催化材料的制备方法，能将活性炭、压电材料和半导体氧化剂的优点相结合，解决了单一催化剂效果不佳、成本较大、不能大规模应用的缺点。为污水处理领域提供一种高效的催化剂。
发明内容：
本发明提供了一种碳基压电复合催化材料的制备方法，首先对活性炭基底进行改性处理。将活性炭置于盐酸中浸泡，目的是增加活性炭表面的微孔，提高活性炭对复合材料的负载能力，然后制备压电材料。将Nb2O5加入KOH溶液中，先后进行超声和搅拌处理，将处理后的混合溶液倒入反应釜中，反应釜密封之后放进干燥箱设定好反应的温度和时间，反应完毕待干燥箱冷却后取出。过滤出其中的沉淀物，并用去离子水反复冲洗，将洗净后的样品放在干燥箱中干燥。再将干燥好的样品进行煅烧。煅烧结束后获得压电材料，留作备用，然后开始制备压电-光催化复合材料，将Bi(NO3)3与HNO3配置成溶液，加入制备好的压电材料进行搅拌，之后加入KOH溶液继续搅拌，待反应结束后过滤出沉淀物，清洗干净后进行干燥。取出后获得压电-光催化复合材料，将一定量改性活性炭放进装有异丙醇烧杯中超声，再放入一定量上述制备的复合材料继续超声之后进行静置，最后将样品清洗并干燥。
本发明的有益效果在于：提供了一种碳基的压电复合催化材料的制备方法，在超声作用下，此催化剂对甲基橙的降解率在25分钟时达到了85.94％。主要使用水热法、退火法和化学沉淀法制备复合材料，操作简单，成本低，催化剂效果稳定，可以实现大规模应用。
附图说明：
图1(a)为未改性的活性炭的SEM图，(b)为盐酸改性后的SEM图；
图2为不同超声催化时间下催化剂对甲基橙的降解率；
图3为原始甲基橙溶液和反应25分钟后的甲基橙溶液的UV光谱图。
具体实施方式：
结合附图1、2对本发明一种碳基压电复合催化材料的制备方法，做进一步说明。
将5g活性炭放入25ml的3mol/L的盐酸溶液中浸泡6小时，浸泡完毕后进行过滤，并用去离子水反复冲洗，清洗后放入干燥箱中进行干燥，留作备用，取0.664g的Nb2O5加入到50ml的3mol/L的KOH溶液中，超声1小时然后搅拌30分钟，搅拌结束将混合液体放入反应釜中，再将反应釜放入干燥箱中，180℃保持4小时，将沉淀物过滤，并用去离子水清洗。清洗完之后进行干燥得到KNb2O5晶体，再将KNb2O5放入管式炉进行退火处理，800℃保持2小时，冷却后取出备用，将Bi(NO3)3与HNO3配置成溶液，加入制备好的KNb2O5搅拌30分钟，之后加入一定量的KOH溶液继续搅拌，并且保持温度在70℃，待反应结束后过滤出沉淀物并用去离子水反复冲洗，将一定量改性活性炭放进装有异丙醇烧杯中超声，再放入一定量上述制备的复合材料继续超声之后进行静置，最后将样品清洗并干燥，取出后留作测试。
取0.3g的碳基压电复合材料加入到100ml的20mg/L甲基橙溶液中并进行超声处理，在超声处理5、10、15、20、25分钟的时候分别对甲基橙溶液进行取样并用紫外分光光度计测量吸收光谱，用光谱的变化表征降解率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
Claims (6)
1.一种碳基压电复合催化材料的制备方法，其特征在于，包括有以下步骤：
步骤一、对活性炭基底进行改性处理，将活性炭置于盐酸溶液中浸泡，增加活性炭表面的微孔，提高活性炭对复合材料的负载能力；
步骤二、制备压电材料，将Nb2O5加入KOH溶液中，先后进行超声和搅拌处理，将处理后的混合溶液倒入反应釜中，反应釜密封之后放进干燥箱设定好反应的温度和时间，反应完毕待干燥箱冷却后取出，过滤出沉淀物，将沉淀物用去离子水反复冲洗，将洗净后的样品放在干燥箱中干燥，再将干燥好的样品进行煅烧，煅烧结束后获得压电材料，留作备用；
步骤三、制备压电-光催化复合材料，将Bi(NO3)3与HNO3配置成溶液，加入制备好的压电材料进行搅拌，之后加入KOH溶液继续搅拌，待反应结束后过滤出沉淀物，清洗干净后进行干燥，获得压电-光催化复合材料；
步骤四、制备碳基压电复合催化材料，将一定量改性活性炭放进装有异丙醇烧杯中超声，再放入一定量步骤三制备的复合材料，继续超声之后进行静置，最后将样品清洗并干燥，获得碳基压电复合催化材料。
2.根据权利要求1所述的一种碳基压电复合催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中盐酸溶液的浓度为3mol/L，活性炭浸泡时间为6小时。
3.根据权利要求1所述的一种碳基压电复合催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中KOH溶液的浓度为3mol/L，加入Nb2O5超声1小时然后搅拌30分钟，干燥箱设定180℃保持4小时。
4.根据权利要求1所述的一种碳基压电复合催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二清洗完之后的样品进行干燥得到KNb2O5晶体，将KNb2O5放入管式炉进行退火处理，800℃保持2小时。
5.根据权利要求1所述的一种碳基压电复合催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中Bi(NO3)3与HNO3配置成的溶液配比为7.31g/100ml，在上述溶液中加入步骤二制备好的KNb2O5搅拌30分钟。
6.根据权利要求1所述的一种碳基压电复合催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中KOH溶液浓度为3mol/L，搅拌保持温度在70℃，待反应结束后过滤出沉淀物并用去离子水反复冲洗。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211242435.8A CN115739069A (zh) | 2022-10-11 | 2022-10-11 | 一种碳基压电复合催化材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211242435.8A CN115739069A (zh) | 2022-10-11 | 2022-10-11 | 一种碳基压电复合催化材料的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115739069A true CN115739069A (zh) | 2023-03-07 |
Family
ID=85351144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211242435.8A Pending CN115739069A (zh) | 2022-10-11 | 2022-10-11 | 一种碳基压电复合催化材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115739069A (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001070800A (ja) * | 1999-09-07 | 2001-03-21 | Sharp Corp | 光触媒膜組成物及びこれを用いた光触媒体 |
| CN111468091A (zh) * | 2020-04-10 | 2020-07-31 | 湖北工业大学 | Pt-Au碳基原位还原复合催化材料的制备方法及应用 |
-
2022
- 2022-10-11 CN CN202211242435.8A patent/CN115739069A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001070800A (ja) * | 1999-09-07 | 2001-03-21 | Sharp Corp | 光触媒膜組成物及びこれを用いた光触媒体 |
| CN111468091A (zh) * | 2020-04-10 | 2020-07-31 | 湖北工业大学 | Pt-Au碳基原位还原复合催化材料的制备方法及应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| NAN WANG等: "Two-stage calcination composite of Bi2O3-TiO2 supported on powdered activated carbon for enhanced degradation of sulfamethazine under solar irradiation", 《JOURNAL OF WATER PROCESS ENGINEERING》, vol. 35, pages 1 - 10 * |
| XIANGJU YE等: "Remarkable enhancement of photocatalytic performance via constructing a novel Z-scheme KNbO3/Bi2O3 hybrid material", 《MATERIALS RESEARCH BULLETIN》, vol. 94, pages 352 - 360, XP085148359, DOI: 10.1016/j.materresbull.2017.06.030 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108940338B (zh) | 钾元素掺杂多孔氮化碳光催化剂及其制备方法和应用 | |
| WO2021227213A1 (zh) | 用于活化过单硫酸盐去除水体中抗生素的催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN101857288A (zh) | 钛基二氧化钛纳米管二氧化锡电极的制备方法 | |
| CN109317183B (zh) | 一种氮化硼量子点/超薄多孔氮化碳复合光催化材料及其制备方法和应用 | |
| WO2021212923A1 (zh) | 负载于泡沫镍表面的 p-n 异质结复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN103539227A (zh) | 含CuO中间层的负载Ag掺杂MnO2-CeO2活性氧化铝粒子电极的制备工艺 | |
| CN101844077B (zh) | 具有可见光活性的碳氮改性纳米二氧化钛薄膜的制备方法 | |
| CN110215921A (zh) | 一种核壳结构磁性纳米复合催化剂的制备方法及应用 | |
| CN113023833A (zh) | 一种高催化活性的钛/锑/氧化锡-氧化硅电极材料及制备方法 | |
| CN106745541B (zh) | 去除水中氨氮和有机物的复合电极及其制备方法 | |
| CN112495403B (zh) | 一种BiOCl/Bi2O3光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN109626513A (zh) | 光催化燃料电池与过硫酸盐耦合降解污染物并提高产电的方法 | |
| CN109650515B (zh) | 利用硫掺杂有序介孔碳材料活化过硫酸盐处理4-硝基苯酚的方法 | |
| CN115739069A (zh) | 一种碳基压电复合催化材料的制备方法 | |
| CN107597093A (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 | |
| CN101947452B (zh) | Co/TiO2纳米管阵列的制备方法及应用于制糖废水的降解 | |
| CN113871631B (zh) | 一种处理偶氮染料废水的光催化燃料电池及其制备方法 | |
| CN113321255B (zh) | 一种锰氧化物—生物炭复合太阳能界面蒸发材料的制备方法与应用 | |
| CN113087093B (zh) | 一种锰氧化物复合氮磷双掺多孔碳材料及其制备方法与在电容脱盐除氟中的应用 | |
| CN110512262B (zh) | 一种光电极的原位制备方法 | |
| CN103551164A (zh) | 对含氮硫氧杂环化合物具有高效催化降解功能的电催化剂及制备方法 | |
| CN104549395B (zh) | 一种治理废水污染的复合光催化剂及其制备与应用 | |
| CN110302804B (zh) | 一种VS4-TiO2/AC光催化剂及其制备方法 | |
| CN104549396B (zh) | 一种光解水产生氢的复合光催化剂及其制备与应用 | |
| CN111659407B (zh) | 一种锌离子掺杂过渡金属钒酸盐纳米线光催化剂及其制备方法 |
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 |