一種負載型硫化鎘光催化劑的製備方法與流程
2023-05-04 17:01:26 2
本發明涉及光催化材料技術領域，具體是一種負載型硫化鎘光催化劑的製備方法。
背景技術：
21世紀以來，隨著工業化步伐的提升和自然資源的過度使用，伴隨著各種環境汙染、能源稀缺問題不斷加劇。因此，治理各種汙染，尋找新能源以緩解地球的壓力迫在眉睫。光催化技術已經在廢水處理、氣體淨化、殺菌、防汙、自潔材料、染料敏化太陽能電池、化妝品、氣體傳感器等許多領域有著廣泛的應用。光催化是基於半導體材料在光激發下能夠產生具有強還原性的光生電子和具有強氧化性的空穴的基本特性，固體光催化劑能吸收太陽光將水和生物質分解成氫氣，也能將空氣和水體環境中的有機汙染物和無機汙染物氧化或還原降解為無害物質。因此，具有低能耗、綠色環保的特點。
目前，國內外研究最多的半導體光催化材料主要是金屬氧化物和硫化物，如Ti02，W03，ZnO，Fe203，CdS等。硫化鎘（CdS）因具其有較低的禁帶寬度而在光催化降解有機汙染物領域有著廣泛的應用。但是由於其具有光腐蝕和不穩定現象，使得硫化鎘光催化劑在光催化反應過程中易於分解，從而降低了其光催化效率並限制了其應用。硫化鎘納米粒子由於其顆粒過於細微，在使用環境中易於失活和凝聚、不易沉降，導致其很難分離、回收和重複利用。為解決上述問題，增加其使用穩定性，將硫化鎘負載於一定載體上，如玻璃 、矽膠 、活性炭等，但這些載體存在機械強度較弱、化學穩定性、降低催化活性和熱穩定性差等局限。因此，如何提高光催化劑的光催化活性和穩定性是當今的研究熱點。
技術實現要素：
本發明針對現有光催化劑存在的問題，提供一種負載型硫化鎘光催化劑的製備方法。本方法製備的光催化劑具有比表面積大、催化活性高、對光源的利用率高、催化效率高、穩定性好、環保無毒、成本低、可多次重複使用等優點。
為了實現以上目的，本發明採用的技術方案如下：
一種負載型硫化鎘光催化劑的製備方法，包括以下步驟：
（1）按照重量份數稱取各原料：硝酸鎘40-60份、硫脲15-25份、乙二胺四乙酸二鈉6-10份、丙烯酸馬來酸酐共聚物5-10份、粉煤灰10-15份、金屬卟啉2-3份、硝酸銦1-2份和羧甲基纖維素鈉5-10份；
（2）將硝酸鎘、硫脲加入超聲發生器中，加入適量水使其溶解，然後加入乙二胺四乙酸二鈉，在頻率為40-60KHz下繼續超聲30-60min，得懸濁液；
（3）將懸濁液、丙烯酸馬來酸酐共聚物、粉煤灰、金屬卟啉和羧甲基纖維素鈉加入球磨機，再加入適量水攪拌，得糊狀物；
（4）將上述糊狀物在80-100℃下微波乾燥1.5-2.5h，乾燥後研磨成粉末，再放入馬沸爐在溫度為300-400℃下焙燒4-6h，即得到光催化劑。
優選的，以上所述金屬卟啉為鐵卟啉或鈷卟啉中的一種。
優選的，以上步驟（3）所述攪拌是在轉速為300-500r/min下攪拌30-60min。
優選的，以上所述焙燒的升溫速率為5-10℃/min。
優選的，以上步驟（4）所述研磨是將物料研磨至粒徑為1.0-2.0mm。
與現有技術相比，本發明的優點及有益效果為：
1、本發明方法製得的光催化劑具有較大的比表面積、良好的孔隙結構及較多的催化活性中心，提高了催化劑的吸附性能，使得光生電子和空穴能夠有效的分離，進而提高催化劑的活性和效率，擴大了催化劑在可見光範圍的吸收，大大提高催化劑對太陽光的利用率。
2、本發明以丙烯酸馬來酸酐共聚物作為分散劑，可以解決催化劑在使用環境中易於失活和凝聚、不易沉降的問題。
3、本發明以粉煤灰作為載體，不僅能使得催化劑性能更加穩定，更容易分離、回收及多次重複利用，還能提高催化劑的吸附性能和光催化性能。
4、本發明製備的光催化劑比表面積為200-300m2/g,太陽光下1小時內對羅丹明B的降解率達到93%以上。
5、本發明具有原料來源廣泛、成本低廉、製備工藝簡單、生產效率高、能耗低、反應條件溫和、環境友好、吸附性能好、催化活性高、催化效率高等優點，在可見光輻照下能高效催化降解廢水有機汙染物，具有很好的經濟效益、社會效益和生態效益，更適用於工業生產。
具體實施方式
下面將結合具體實施例對本方案進一步說明，但不限於本發明的保護範圍。
實施例1
一種負載型硫化鎘光催化劑的製備方法，包括以下步驟：
（1）按照比例稱取各原料：硝酸鎘40g、硫脲15g、乙二胺四乙酸二鈉6g、丙烯酸馬來酸酐共聚物7g、粉煤灰10g、鐵卟啉2g、硝酸銦1g和羧甲基纖維素鈉5g；
（2）將硝酸鎘、硫脲加入超聲發生器中，加入200mL水使其溶解，然後加入乙二胺四乙酸二鈉，在頻率為40KHz下繼續超聲60min，得懸濁液；
（3）將懸濁液、丙烯酸馬來酸酐共聚物、粉煤灰、鐵卟啉和羧甲基纖維素鈉加入球磨機，再加入150mL水，在轉速為300r/min下攪拌60min，得糊狀物；
（4）將上述糊狀物在80℃下微波乾燥2.5h，乾燥後研磨成粒徑為1.0mm的粉末，再放入馬沸爐在溫度為300℃下焙燒6h，即得到光催化劑。
實施例2
一種負載型硫化鎘光催化劑的製備方法，包括以下步驟：
（1）按照比例稱取各原料：硝酸鎘50g、硫脲20g、乙二胺四乙酸二鈉8g、丙烯酸馬來酸酐共聚物5g、粉煤灰12g、鐵卟啉3g、硝酸銦2g和羧甲基纖維素鈉8g；
（2）將硝酸鎘、硫脲加入超聲發生器中，加入250mL水使其溶解，然後加入乙二胺四乙酸二鈉，在頻率為50KHz下繼續超聲60min，得懸濁液；
（3）將懸濁液、丙烯酸馬來酸酐共聚物、粉煤灰、鐵卟啉和羧甲基纖維素鈉加入球磨機，再加入150mL水，在轉速為500r/min下攪拌30min，得糊狀物；
（4）將上述糊狀物在90℃下微波乾燥2h，乾燥後研磨成粒徑為1.0mm的粉末，再放入馬沸爐在溫度為350℃下焙燒5h，即得到光催化劑。
實施例3
一種負載型硫化鎘光催化劑的製備方法，包括以下步驟：
（1）按照比例稱取各原料：硝酸鎘60g、硫脲25g、乙二胺四乙酸二鈉10g、丙烯酸馬來酸酐共聚物8g、粉煤灰15g、鈷卟啉3g、硝酸銦1.5g和羧甲基纖維素鈉10g；
（2）將硝酸鎘、硫脲加入超聲發生器中，加入300mL水使其溶解，然後加入乙二胺四乙酸二鈉，在頻率為60KHz下繼續超聲30min，得懸濁液；
（3）將懸濁液、丙烯酸馬來酸酐共聚物、粉煤灰、鈷卟啉和羧甲基纖維素鈉加入球磨機，再加入150mL水，在轉速為400r/min下攪拌45min，得糊狀物；
（4）將上述糊狀物在100℃下微波乾燥1.5h，乾燥後研磨成粒徑為2.0mm的粉末，再放入馬沸爐在溫度為400℃下焙燒5h，即得到光催化劑。
實施例4
一種負載型硫化鎘光催化劑的製備方法，包括以下步驟：
（1）按照比例稱取各原料：硝酸鎘50g、硫脲25g、乙二胺四乙酸二鈉8g、丙烯酸馬來酸酐共聚物10g、粉煤灰12g、鈷卟啉2g、硝酸銦2g和羧甲基纖維素鈉10g；
（2）將硝酸鎘、硫脲加入超聲發生器中，加入300mL水使其溶解，然後加入乙二胺四乙酸二鈉，在頻率為60KHz下繼續超聲60min，得懸濁液；
（3）將懸濁液、丙烯酸馬來酸酐共聚物、粉煤灰、鈷卟啉和羧甲基纖維素鈉加入球磨機，再加入150mL水，在轉速為500r/min下攪拌45min，得糊狀物；
（4）將上述糊狀物在100℃下微波乾燥2h，乾燥後研磨成粒徑為2.0mm的粉末，再放入馬沸爐在溫度為400℃下焙燒4h，即得到光催化劑。
催化劑的光催化試驗：下面將通過商用納米硫化鎘光催化劑與本發明各實施例製備的光催化劑對羅丹明B降解率進行對比，測定結果如下表所示：
將各實施例製備的光催化劑和納米硫化鎘光催化劑分別稱取1g，放入1L濃度為50mg/L的羅丹明B模擬水樣，加入石英夾層的反應器中，以500 W 氙燈作為太陽光源，在轉速為500r/min下攪拌輻射1h，採用高效液相色譜法測定水樣中羅丹明B的濃度，計算出光催化劑降解率。
由表可知，本發明各實施例所製備的光催化劑有較高的光催化活性，太陽光下對亞甲基藍的降解率均達到93%以上，遠遠高於目前市售的產品，具有很好的市場前景。
以上內容不能認定本發明具體實施只局限於這些說明，對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明由所提交的權利要求書確定的專利保護範圍。