一種CdS半導體光催化劑的製備方法及製得產品的應用的製作方法
2023-05-28 03:42:01
一種CdS半導體光催化劑的製備方法及製得產品的應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了CdS半導體光催化劑的製備方法及製得產品的應用，製備方法為：在20-30℃條件下，將硫化氫和強酸混合，劇烈攪拌，反應3-20h，得到硫化氫的強酸溶液；將鎘鹽溶液逐滴加入到所述硫化氫的強酸溶液於20-30℃反應0.5-20h，經過濾、水洗滌、過濾、乾燥等處理工藝，得到CdS粉體；將CdS粉體在氮氣保護下進行熱處理，然後產物經研磨、酸洗滌、水洗滌、過濾、乾燥等處理工藝，得到CdS半導體光催化劑。該方法提高了CdS的分散效果，縮短了CdS顆粒之間的傳遞距離，減緩CdS表面的光腐蝕速率，提高了CdS的光催化活性。CdS半導體光催化劑應用在有機汙染物降解方面，具有更優異的光催化降解活性。
【專利說明】—種CdS半導體光催化劑的製備方法及製得產品的應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及光催化材料領域，具體涉及一種CdS半導體光催化劑的製備方法及製得產品的應用。
【背景技術】
[0002]隨著紡織、印染、造紙等領域廢水排放量日益增大，如何有效治理其對環境的汙染，一直是環境領域研究的熱點之一。太陽能是一種取之不盡、用之不竭的可再生清潔能源，利用太陽能進行光催化降解有機汙染物，一直是光催化領域的研究熱點之一。
[0003]光催化劑是一種可以將有機汙染物降解為CO2和H2O的物質。科研工作者在許多半導體光催化劑光催化性能的基礎上對半導體光催化劑進行了研究，如Ti02、Cu2S、ZnO,NiFe204、CdS, Bi2S3、CdS/CoFe04、ZnS/CdS 和 CdS/Ti02 等。在眾多半導體光催化劑中，CdS由於其獨特的優勢而備受關注。
[0004]CdS(硫化鎘)的禁帶寬度為2.4 eV左右，並且具有優異的可見光響應特性。大量研究結果表明，雖然CdS具有一定的光催化活性，但是，CdS存在光催化降解活性低、易於團聚等缺陷，極大地限制其在光催化領域的應用。為了解決CdS存在的缺陷，科研工作者在改善CdS的團聚和光催化降解活性等方面進行了大量的研究工作。目前，CdS製備的方法主要有:①固相法液相法；③原位合成等，但製備後CdS的光催化性能提高不明顯。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種CdS半導體光催化劑的製備方法及製得產品的應用，該方法提高了 CdS的分散效果，縮短了 CdS顆粒之間的傳遞距離，減緩CdS表面的光腐蝕速率，不僅可以降低CdS的團聚現象，而且提高了 CdS的光催化活性。CdS半導體光催化劑應用在有機汙染物降解方面，具有更優異的光催化降解活性。
[0006]本發明的目的通過以下技術方案實現:
一種CdS半導體光催化劑的製備方法,其特徵在於該製備方法如下:
(1)在20-30°C條件下，將硫化氫和強酸混合，劇烈攪拌，反應3_20h，得到硫化氫的強酸溶液；
(2)將鎘鹽溶液逐滴加入到所述硫化氫的強酸溶液於20-30°C反應0.5-20 h，經過濾、水洗滌、過濾、乾燥處理，得到CdS粉體；
(3)將CdS粉體在氮氣保護下進行熱處理，熱處理的方法為:200°C~250°C熱處理3h ~10 h，300 °C~ 350 °C 焙燒 3 h ~10 h，400 °C~450 °C 下焙燒 3 h ~10 h，450 °C~500 °C下焙燒3 h~10 h ;然後經研磨、酸洗滌、水洗滌、過濾、乾燥處理，得到CdS半導體光催化劑。
[0007]本發明中，所用強酸為硫酸、磷酸中的任一種或者兩種混合。硫化氫的強酸溶液中S2-離子濃度通過強酸中氫離子濃度調節來維持恆定。所述硫化氫和酸的質量百分比為(0.001 ~10): (0.001 ~90)。攪拌的轉速為 50-100 r/min。[0008]所述鎘鹽溶液為無水亞硫酸鎘、無水溴化鎘、無水磷酸鎘、無水亞磷酸鎘、無水次憐Ife鋪、無水硫Ife鋪、無水乙Ife鋪、無水油Ife鋪、無水早Ife鋪、結晶亞硫Ife鋪、結晶漠化鋪、結晶憐酸鋪、結晶亞憐酸鋪、結晶次憐酸鋪、結晶硫酸鋪、結晶乙酸鋪、結晶油酸鋪、結晶草酸鎘中的任一種或兩種以上。硫化氫和鎘鹽的質量比為(0.001~50): (0.001~90)。
[0009]一種製得的CdS半導體光催化劑在有機汙染物降解和水分解制氫方面的應用。
[0010]本發明原理如下:其一，硫化氫在水中存在弱電離，產生H+、HS1PS2_離子，而，製備CdS所需的離子為S2_離子，H+和HS_對其合成沒有影響。強酸存在下，強酸可以提高溶液中H+含量，硫化氫的電離將會受到抑制，進而，硫化氫電離產生的離子量將會減少。因此，可以通過提高溶液中H+含量來控制溶液中S2_離子含量。其二，當乙酸鎘加入到硫化氫的強酸溶液中之後，Cd2+和S2-離子形成CdS需要滿足一定條件，即Cd2+和S2-離子濃度乘機大於8 X 10_27，才有可能形成CdS。因此，可以通過控制S2_離子含量和乙酸鎘的滴加速度來控制CdS顆粒粒徑。因此，本發明CdS半導體光催化劑在可見光下，可以有效降低CdS顆粒粒徑，將會具有更優異的光催化降解活性。
[0011]本發明CdS半導體光催化劑製備過程中，首先，配製硫化氫強酸溶液和乙酸鎘溶液，然後，緩慢向硫化氫強酸溶液中滴加乙酸鎘溶液，有利於降低CdS顆粒的粒徑，增大CdS粉末的比表面積；最後，在氮氣保護下，採用程序控溫的焙燒方式，200 0C -300 °C焙燒3~10 h，300 °C~ 400 °C下焙燒3~10 h，400 °C~480 °C下焙燒3~10 h，目的為了提高CdS結晶度的同時，降低CdS的團聚現象，最終提高CdS的光催化降解活性。[0012]該方法提高了 CdS的分散效果，縮短了 CdS顆粒之間的傳遞距離，減緩CdS表面的光腐蝕速率，不僅可以降低CdS的團聚現象，而且提高了 CdS的光催化活性。CdS半導體光催化劑應用在有機汙染物降解方面，具有更優異的光催化降解活性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是實施例1製備的光催化劑的XRD圖。
[0014]圖2是實施例1製備的光催化劑的SEM圖。
[0015]圖3是採用實施例1中光催化劑催化降解曲線圖。
【具體實施方式】
[0016]實施例1
將硫化氫與硫酸按照質量比為1:110混合，在25°C劇烈攪拌3 h，鎘鹽溶液為乙酸鎘水溶液；向反應器中緩慢滴加1%乙酸鎘溶液，劇烈攪拌6 h，依次經超聲分散、過濾、水洗滌、過濾、乾燥等處理工藝，得到CdS粉體。
[0017]將所述硫化鎘前驅體在氮氣保護下處理:在200 °C熱處理3 h,300 °C下焙燒3h,400 °C下焙燒3 h,480 °C下焙燒3 h。在氮氣保護下處理後，冷卻，依次經研磨、酸洗滌、水洗滌、過濾、乾燥和研磨等處理工藝，得到CdS半導體光催化劑。經過XRD測試，本發明CdS半導體光催化劑只含有CdS。圖1是實施例1製備的CdS光催化劑的XRD圖。通過SEM表徵說明，本發明CdS半導體光催化劑具有較小的顆粒粒徑。圖2是實施例1製備的CdS光催化劑的SEM圖。
[0018]實施例2將硫化氫與硫酸按照質量比為1:100混合，在26°C劇烈攪拌4 h，向反應器中緩慢滴加
0.9%乙酸鎘溶液，劇烈攪拌7 h，依次經超聲分散、過濾、水洗滌、過濾、乾燥等處理工藝，得到CdS粉體。
[0019]將所述硫化鎘前驅體在氮氣保護下處理:在200 °C熱處理7 h,300 °C下焙燒7h,400 °C下焙燒7 h,480 °C下焙燒7 h。在氮氣保護下處理後，冷卻，依次經研磨、酸洗滌、水洗滌、過濾、乾燥和研磨等處理工藝，得到CdS半導體光催化劑。經過XRD測試，本發明CdS半導體光催化劑只含有CdS。通過SEM表徵說明，本發明CdS半導體光催化劑具有較小的顆粒粒徑。
[0020]實施例3
將硫化氫與硫酸按照質量比為1:120混合，在27°C劇烈攪拌5 h，向反應器中緩慢滴加
0.7%乙酸鎘溶液，劇烈攪拌5 h，依次經超聲分散、過濾、水洗滌、過濾、乾燥等處理工藝，得到CdS粉體。
[0021]將所述硫化鎘粉體在氮氣保護下處理:在200 °C熱處理5 h,300 °C下焙燒5 h，400 °C下焙燒6 h,480 °C下焙燒6 h。在氮氣保護下處理後，冷卻，依次經研磨、酸洗滌、水洗滌、過濾、乾燥和研磨等處理工藝，得到半導體光催化劑。經過XRD測試，本發明CdS半導體光催化劑只含有CdS。通過SEM表徵說明，本發明CdS半導體光催化劑具有較小的顆粒粒徑。
[0022]實施例4
將硫化氫與硫酸按照質量比為1:130混合，在23°C劇烈攪拌8 h，向反應器中緩慢滴加
0.5%乙酸鎘溶液，劇烈攪拌7 h，依次經超聲分散、過濾、水洗滌、過濾、乾燥等處理得到CdS粉體。
[0023]將所述硫化鎘粉體在氮氣保護下處理:在200 °C熱處理6 h,300 °C下焙燒6 h，400 °C下焙燒6 h,480 °C下焙燒6 h。在氮氣保護下處理後，冷卻，依次經研磨、酸洗滌、水洗滌、過濾、乾燥和研磨等處理工藝，得到CdS半導體光催化劑。經過XRD測試，本發明CdS半導體光催化劑只含有CdS。通過SEM表徵說明，本發明CdS半導體光催化劑具有較小的顆粒粒徑。
[0024]實施例5
將硫化氫與硫酸按照質量比為1:200混合，在29°C劇烈攪拌7 h，向反應器中緩慢滴加
0.3%乙酸鎘溶液，劇烈攪拌5 h，依次經超聲分散、過濾、水洗滌、過濾、乾燥等處理工藝，得到CdS粉體。
[0025]將所述硫化鎘粉體在氮氣保護下處理:在200 °C熱處理5 h,300 °C下焙燒5 h，400 °C下焙燒5 h,480 °C下焙燒5 h。在氮氣保護下處理後，冷卻，依次經研磨、酸洗滌、水洗滌、過濾、乾燥和研磨等處理工藝，得到CdS半導體光催化劑。經過XRD測試，本發明CdS半導體光催化劑只含有CdS。通過SEM表徵說明，本發明CdS半導體光催化劑具有較小的顆粒粒徑。
[0026]實施例6
將硫化氫與硫酸按照質量比為1:300混合，在26°C劇烈攪拌9 h，向反應器中緩慢滴加
0.2%乙酸鎘溶液，劇烈攪拌5 h，依次經超聲分散、過濾與乾燥等處理得到CdS粉體。
[0027]將所述硫化鎘粉體在氮氣保護下處理:在200 °C熱處理4 h,300 °C下焙燒4 h，400 °C下焙燒4 h,480 °C下焙燒4 h。在氮氣保護下處理後，冷卻，依次經研磨、酸洗滌、水洗滌、乾燥和研磨等處理工藝，得到CdS半導體光催化劑。經過XRD測試，本發明CdS半導體光催化劑只含有CdS。通過SEM表徵說明，本發明CdS半導體光催化劑具有較小的顆粒粒徑。
[0028]應用實施例
在250 W氙燈冷光源下分別以甲基橙為探針，採用實施例1-6製備的不同CdS半導體光催化劑進行光催化降解性能評價。在其他條件都一樣的前提下，分別以沒有光照和未加光催化劑的實驗作為空白實驗，空白試驗表明沒有降解效果。
[0029] 圖3是本發明實施例1中CdS半導體光催化劑進行光催化劑降解曲線圖，可以看出本發明CdS半導體光催化劑具有較好的光催化降解性能。本發明實施例2-6中半導體光催化劑也具有與實施例1中相同的催化性能趨勢。
【權利要求】
1.一種CdS半導體光催化劑的製備方法,其特徵在於該製備方法如下: (1)在20-30°C條件下，將硫化氫和強酸混合，劇烈攪拌，反應3-20h，得到硫化氫的強酸溶液； (2)將鎘鹽溶液逐滴加入到所述硫化氫的強酸溶液於20-30°C反應0.5-20 h，經過濾、水洗滌、過濾、乾燥處理，得到CdS粉體； (3)將CdS粉體在氮氣保護下進行熱處理，熱處理的方法為:200°C~250°C熱處理3h ~10 h，300 °C~ 350 °C 焙燒 3 h ~10 h，400 °C~450 °C 下焙燒 3 h ~10 h，450 °C~500 °C下焙燒3 h~10 h ;然後產物經研磨、酸洗滌、水洗滌、過濾、乾燥處理，得到CdS半導體光催化劑。
2.根據權利要求1所述的CdS半導體光催化劑的製備方法，其特徵在於:步驟(1)中，所用強酸為硫酸、磷酸中的任一種或者兩種混合。
3.根據權利要求1所述的CdS半導體光催化劑的製備方法，其特徵在於:步驟(1)中，硫化氫的強酸溶液中S2-離子濃度通過強酸中氫離子濃度調節來維持恆定。
4.根據權利要求1所述的CdS半導體光催化劑的製備方法，其特徵在於:步驟(1)中，所述硫化氫和強酸的質量百分比為(0.001~10): (0.001~90)。
5.根據權利要求1所述的CdS半導體光催化劑的製備方法，其特徵在於:步驟(1)中，攪拌的轉速為50-100 r/min。
6.根據權利要求1所述的CdS半導體光催化劑的製備方法，其特徵在於:步驟(2)中，所述鎘鹽溶液為無水亞硫酸鎘、無水溴化鎘、無水磷酸鎘、無水亞磷酸鎘、無水次磷酸鎘、無水硫Ife鋪、無水乙Ife鋪、無水油Ife鋪、無水早Ife鋪、結晶亞硫Ife鋪、結晶漠化鋪、結晶憐Ife鋪、結晶亞憐酸鋪、結晶次憐酸鋪、結晶硫酸鋪、結晶乙酸鋪、結晶油酸鋪、結晶草酸鋪中的任一種或兩種以上。
7.根據權利要求1所述的Cds半導體光催化劑的製備方法，其特徵在於:步驟(2)中，硫化氫和鎘鹽的質量比為(0.001~50): (0.001~90)。
8.—種權利要求1製得的CdS半導體光催化劑在有機汙染物降解和水分解制氫方面的應用。
【文檔編號】C01B3/04GK103950968SQ201410198686
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月13日 優先權日:2014年5月13日
【發明者】餘旺旺 申請人:南京工業職業技術學院