一種高效復(fù)合光催化材料的制備及應(yīng)用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高效復(fù)合光催化材料MoS2/SrTiO3的制備及應(yīng)用方法。該光催化材料由鈦酸鍶和二硫化鉬經(jīng)二次水熱法復(fù)合而成，步驟如下：將碳酸異丙酯與檸檬酸混合，在超聲攪拌條件下分別逐滴加入硝酸鍶溶液和氫氧化鈉溶液，得到的前驅(qū)體置于水熱釜中加熱，產(chǎn)物經(jīng)洗滌干燥后得到納米鈦酸鍶；然后將鈦酸鍶與二硫化鉬前驅(qū)體溶液充分混合，置于水熱釜中加熱，產(chǎn)物經(jīng)洗滌干燥后得到MoS2/SrTiO3光催化材料。該光催化材料的制備方法簡單，無需高溫煅燒，成本低，可循環(huán)利用，并高效降解甲基橙或與甲基橙具有相似顯色基團的有機染料，在含有機染料廢水處理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種高效復(fù)合光催化材料的制備及應(yīng)用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高效復(fù)合光催化材料的制備及應(yīng)用，尤其是一種用于降解有機染料的MoS2/SrTi03高效復(fù)合光催化材料的制備方法及其在紫外光條件下對甲基橙染料或與甲基橙具有相似顯色基團的有機染料的有效降解。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，紡織品、涂料、印刷、日用品等其他化工工廠排放的廢水已經(jīng)成為最受關(guān)注的環(huán)境問題之一，這些廢水中含有大量有機染料分子，不僅污染破壞生態(tài)環(huán)境，而且其中含有的毒性芳烴中間產(chǎn)物對人類具有致癌性。此類廢水中有機染料含量高，且合成有機染料分子穩(wěn)定性強，物理化學(xué)吸附、絮凝沉降、生物降解及活性污泥等傳統(tǒng)廢水處理方法不能完全凈化此類含有有機染料分子的廢水。此外，這些傳統(tǒng)水處理方法將有機染料分子污染物從液相中轉(zhuǎn)移至其他介質(zhì)中，從而造成二次污染。因此，大力發(fā)展不同與傳統(tǒng)水處理方法的可降解有機染料分子污染物的綠色友好環(huán)境技術(shù)，對于保護生態(tài)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
[0003]研究發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體光催化材料具有氧化性，可以通過氧化反應(yīng)有效的氧化有機染料分子，從而移除廢水中的污染物。同時，光催化技術(shù)漸漸成為最具前景的技術(shù)之一，其優(yōu)點為可利用輻射能和空氣中的氧氣作為反應(yīng)源有效的進行氧化還原反應(yīng)。其中，鈦酸鍶具有大量的光催化活性中心、較強的抗光腐蝕性、熱穩(wěn)定性以及可負載金屬的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等物理化學(xué)性質(zhì)，因此鈦酸鍶可以在紫外光條件下進行光催化產(chǎn)氫和降解有機染料分子等其他光催化反應(yīng)。
[0004]為了提高鈦酸鍶的光催化性能，經(jīng)常采用的方法是摻雜貴金屬或者其他材料。如CN103920482A中用鋯摻雜鈣鈦礦型光催化劑來提高光催化性能，但是該法需要高溫煅燒且材料并不廉價；CN102974378A中米用低能氣尚子束轟擊欽酸銀晶片來制備氣慘雜欽酸銀光催化劑，此種方法具有可觀的可見光催化，也具有增強的紫外光催化，但是需輔以高溫加熱，而且所需設(shè)備復(fù)雜；
[0005]本發(fā)明通過簡單的二次水熱方法在納米鈦酸鍶表面結(jié)合少量的層狀納米二硫化鑰，減少鈦酸鍶中電子空穴的復(fù)合幾率，從而提高鈦酸鍶的光催化降解有機染料分子的性能。這種復(fù)合材料并沒有負載貴金屬，制備方法簡單，不需要高溫，而且該光催化劑能夠循環(huán)利用，并不會造成二次污染，所以MoS2/SrTi03是一種廉價的、環(huán)境友好的光催化劑。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的在于提供一種MoS2/SrTi03高效復(fù)合光催化材料的制備方法，以減少傳統(tǒng)鈦酸鍶光催化材料的電子空穴復(fù)合幾率，從而提高其光催化降解有機染料分子的效率。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明是首次將少量層狀納米二硫化鑰與鈦酸鍶結(jié)合，制備成高效復(fù)合光催化降解材料。同時，該復(fù)合光催化材料中二硫化鑰和鈦酸鍶的質(zhì)量比，可影響其光催化降解甲基橙或與甲基橙具有相似顯色基團的有機染料分子的效率。
[0008]該材料由MoS2與SrT13復(fù)合而成，層狀納米二硫化鑰具有金屬性，可以轉(zhuǎn)移鈦酸鍶中受紫外光激發(fā)產(chǎn)生的電子，減少鈦酸鍶中電子空穴復(fù)合幾率，有效的提高其光催化效率，其制備方法具體步驟如下:
[0009]I).將檸檬酸溶于無水乙醇，隨后快速加入鈦酸異丙酯，攪拌25_50min后，用超聲波處理，并逐滴加入硝酸鍶和氫氧化鈉，上述組分的摩爾比是檸檬酸2-8:無水乙醇100-400:鈦酸異丙酯1-10:硝酸鍶2-12:氫氧化鈉10-80，充分攪拌超聲波25_50min后，將整個體系轉(zhuǎn)移至含聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱釜中，加熱至180-200°C后維持20-40h ;反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，產(chǎn)物依次用去離子水、乙酸和乙醇洗滌后，真空干燥6-12h ；
[0010]2).為制備含不同質(zhì)量分數(shù)二硫化鑰的光催化材料，取鈦酸鍶、鑰酸鈉和硫代乙酰胺溶于去離子水和無水乙醇中，上述組分的摩爾比是鈦酸鍶87.25:鑰酸鈉0-5:硫代乙酰胺0-30，超聲波攪拌20-40min后，轉(zhuǎn)移至含對位聚苯PPL內(nèi)襯的水熱釜中，加熱至180-200°C后維持36-60h ;反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，產(chǎn)物依次用去離子水和乙醇洗滌，真空干燥6-12h ; 二硫化鑰質(zhì)量分數(shù)為0-5 ；
[0011]本發(fā)明的高效復(fù)合光催化材料在紫外光下用于降解有機染料。
[0012]該復(fù)合光催化材料中二硫化鑰的質(zhì)量分數(shù)能影響其光催化降解甲基橙效率，最佳光催化降解甲基橙效率時，二硫化鑰和鈦酸鍶的質(zhì)量比為二硫化鑰0.04-0.06:鈦酸鍶90-100。
[0013]有益效果:與現(xiàn)有的光催化降解廢水材料相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0014](I)本發(fā)明首次公開一種新型MoS2/SrTi03高效復(fù)合光催化材料的制備方法，該復(fù)合材料制備工藝簡單，無需高溫煅燒，成本低，可回收循環(huán)利用。
[0015](2)本發(fā)明所制備的MoS2/SrTi03復(fù)合光催化材料，可通過調(diào)節(jié)其所含MoS2質(zhì)量，減少SrT13中電子空穴復(fù)合幾率，從而有效提高其光催化降解甲基橙的效率。

【具體實施方式】
[0016]實施例1:將0.006mol朽1檬酸溶于15ml無水乙醇，快速加入0.005mol鈦酸異丙酯，攪拌一段時間，開始超聲(60Hz)，并逐滴加入20mL 0.25mol.L-1硝酸鍶溶液和25mL2mol.1/1氫氧化鈉溶液。充分攪拌超聲后，將整個體系轉(zhuǎn)移至含聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱釜中，加熱至180°C后維持36h。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，產(chǎn)物依次用去離子水、乙酸和乙醇洗滌，真空干燥8h ;稱取0.50g鈦酸鍶溶于20ml去離子水和20ml無水乙醇中，并移取3.1mL0.0OOlmol.Γ1鑰酸鈉溶液和5.0mL 0.0Olmol.Γ1硫代乙酰胺溶液，超聲攪拌30min充分混合后，轉(zhuǎn)移至含對位聚苯(PPL)內(nèi)襯的水熱釜中，加熱至180°C維持20h。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，產(chǎn)物依次用去離子水和乙醇洗滌，真空干燥10h。將0.30g的光催化劑分散到30mg.L-1的甲基橙溶液中，經(jīng)過30min的激烈攪拌后，經(jīng)過45min后的紫外光照射，用分光光度計法測其降解率為87.4%。
[0017]實施例2:將0.005mol朽1檬酸溶于15ml無水乙醇，快速加入0.0045mol鈦酸異丙酯，攪拌一段時間，開始超聲(60Hz)，并逐滴加入20mL 0.2mol.L—1硝酸鍶溶液和25mLl.Smol.1/1氫氧化鈉溶液。充分攪拌超聲后，將整個體系轉(zhuǎn)移至含聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱釜中，加熱至200°C后維持40h。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，產(chǎn)物依次用去離子水、乙酸和乙醇洗漆，真空干燥6h ;稱取0.6g鈦酸銀溶于25ml去離子水和30ml無水乙醇中，并移取1.6mL0.0Olmol.Γ1鑰酸鈉溶液和2.5mL 0.0lmol.Γ1硫代乙酰胺溶液，超聲攪拌35min充分混合后，轉(zhuǎn)移至含對位聚苯(PPL)內(nèi)襯的水熱釜中，加熱至200°C維持48h。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，產(chǎn)物依次用去離子水和乙醇洗滌，真空干燥6h。將0.25g的光催化劑分散到30mg -Γ1的甲基橙溶液中，經(jīng)過30min的激烈攪拌后，經(jīng)過45min后的紫外光照射，用分光光度計法測其降解率為98.1%。
[0018]實施例3:將0.008mol朽1檬酸溶于20ml無水乙醇,快速加入0.006mol鈦酸異丙酯，攪拌一段時間，開始超聲(60Hz)，并逐滴加入20mL 0.35mol.L-1硝酸鍶溶液和25mL3mol.L—1氫氧化鈉溶液。充分攪拌超聲后，將整個體系轉(zhuǎn)移至含聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱釜中，加熱至190°C后維持20h。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫,產(chǎn)物依次用去離子水、乙酸和乙醇洗漆，真空干燥12h ;稱取0.55g鈦酸銀溶于15ml去離子水和25ml無水乙醇中，并移取
3.1mL 0.0Olmol.L—1鑰酸鈉溶液和5.0mL 0.0lmol.L—1硫代乙酰胺溶液，超聲攪拌30min充分混合后，轉(zhuǎn)移至含對位聚苯(PPL)內(nèi)襯的水熱釜中，加熱至190°C維持48h。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，產(chǎn)物依次用去離子水和乙醇洗滌，真空干燥10h。將0.35g的光催化劑分散到30mg -Γ1的甲基橙溶液中，經(jīng)過30min的激烈攪拌后，經(jīng)過45min后的紫外光照射，用分光光度計法測其降解率為82.9%。
[0019]實施例4:將0.007mol朽1檬酸溶于20ml無水乙醇，快速加入0.0055mol鈦酸異丙酯，攪拌一段時間，開始超聲(60Hz)，并逐滴加入20mL 0.3mol.L—1硝酸鍶溶液和25mL3mol.1/1氫氧化鈉溶液。充分攪拌超聲后，將整個體系轉(zhuǎn)移至含聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱釜中，加熱至200°C后維持35h。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，產(chǎn)物依次用去離子水、乙酸和乙醇洗漆，真空干燥1h ;稱取0.65g鈦酸銀溶于30ml去離子水和30ml無水乙醇中，并移取3.1mL0.1mol.L-1硫代乙酰胺溶液和5mL 0.1mol.L-1硫代乙酰胺溶液,超聲攪拌充分混合后,轉(zhuǎn)移至含對位聚苯(PPL)內(nèi)襯的水熱釜中，加熱至200°C維持38h。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，產(chǎn)物依次用去離子水和乙醇洗滌，真空干燥10h。將0.30g的光催化劑分散到30mg.I/1的甲基橙溶液中，經(jīng)過30min的激烈攪拌后，經(jīng)過45min后的紫外光照射，用分光光度計法測其降解率為80.9%。
[0020]實施例5:將0.005mol朽1檬酸溶于20ml無水乙醇，快速加入0.006mol鈦酸異丙酯，攪拌一段時間，開始超聲(60Hz)，并逐滴加入20mL 0.2mol.L—1硝酸鍶溶液和25mL
2.2mol.L—1氫氧化鈉溶液。充分攪拌超聲后，將整個體系轉(zhuǎn)移至含聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱釜中，加熱至180°C后維持40h。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，產(chǎn)物依次用去離子水、乙酸和乙醇洗漆，真空干燥1h ;稱取0.6g鈦酸銀溶于25ml去離子水和30ml無水乙醇中，并移取1.6mL
0.0Olmol -Γ1鑰酸鈉溶液和2.5mL 0.0lmol -Γ1硫代乙酰胺溶液，超聲攪拌充分混合后，轉(zhuǎn)移至含對位聚苯(PPL)內(nèi)襯的水熱釜中，加熱至200°C維持48h。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，產(chǎn)物依次用去離子水和乙醇洗滌，真空干燥6h。將0.30g的光催化劑分散到30mg.Γ1的甲基橙溶液中，經(jīng)過30min的激烈攪拌后，經(jīng)過45min后的紫外光照射，用分光光度計法測其降解率為90.3%。
【權(quán)利要求】
1.一種高效復(fù)合光催化材料的制備方法，其特征在于:該材料由MoS2與SrT13復(fù)合而成，其制備方法具體步驟如下: 1).將檸檬酸溶于無水乙醇，快速加入鈦酸異丙酯，攪拌25-50min后，用超聲波處理，并逐滴加入硝酸鍶和氫氧化鈉，上述組分的摩爾比是檸檬酸2-8:無水乙醇100-400:鈦酸異丙酯1-10:硝酸鍶2-12:氫氧化鈉10-80，充分攪拌超聲波25-50min后，將整個體系轉(zhuǎn)移至含聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱釜中，加熱至180-200°C后維持20-40h ;反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，產(chǎn)物依次用去離子水、乙酸和乙醇洗滌后，真空干燥6-12h ； 2).為制備含不同質(zhì)量分數(shù)二硫化鑰的光催化材料，取鈦酸鍶、鑰酸鈉和硫代乙酰胺溶于去離子水和無水乙醇中，上述組分的摩爾比是鈦酸鍶87.25:鑰酸鈉0-5:硫代乙酰胺0-30，超聲波攪拌20-40min后，轉(zhuǎn)移至含對位聚苯PPL內(nèi)襯的水熱釜中，加熱至180_200°C后維持36-60h ;反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，產(chǎn)物依次用去離子水和乙醇洗滌，真空干燥6-12h ;二硫化鑰質(zhì)量分數(shù)為0-5。
2.一種如權(quán)利要求1所述的高效復(fù)合光催化材料的應(yīng)用，其特征在于:該復(fù)合光催化材料在紫外光下用于降解有機染料。
3.如權(quán)利要求2所述的高效復(fù)合光催化材料的應(yīng)用，其特征在于:該復(fù)合光催化材料中二硫化鑰的質(zhì)量分數(shù)能影響其光催化降解甲基橙效率，最佳光催化降解甲基橙效率時，二硫化鑰和鈦酸鍶的質(zhì)量比為二硫化鑰0.04-0.06:鈦酸鍶90-100。
【文檔編號】C02F1/32GK104307538SQ201410539706
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】周建成, 劉佳慧, 田慶文, 李乃旭, 王猛, 鄧金全 申請人:東南大學(xué)