增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法
2023-05-27 18:07:26 1
專利名稱：增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法
技術領域：
本發明涉及一種對金屬氧化物的改性方法，尤其是涉及一種增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法。
背景技術：
隨著社會的發展，環境問題的日益嚴峻，半導體多相光催化降解和消除環境汙染物已成為最活躍的一個研究方向，在近20年來已發展成為一個新的研究熱點，TiO2以其具有高活性、安全無毒、化學性質穩定(耐化學和光腐蝕)、成本低等優點，被公認為環境治汙領域最具開發前途的環保型光催化材料。和其它半導體相比，雖然TW2具有較寬的帶寬， 能夠引發一系列氧化還原反應，但是由於二氧化鈦是一種寬禁帶半導體，(銳鈦礦禁帶寬度為3. &V)，只有在紫外光的激發下才能表現光催化活性，然而太陽光中紫外光的含量只佔 3-5%，因此對二氧化鈦進行改性，使其在可見光甚至是室內光源的激發下產生光催化活性是目前眾多研究的熱點。就提高TiA光催化效率、擴展對太陽光利用的波長範圍這方面而言，表面修飾及摻雜改性等被認為是有效的途徑。通過對半導體材料沉積貴金屬或其它金屬氧化物、硫化物，摻雜離子，光敏化以及表面還原處理等方法引入雜質或缺陷，有助於改善TiO2的吸收， 提高穩態光降解量子效率及光催化效能。儘管很多研究表明通過一些物理和化學的方法引入金屬或非金屬元素，可以調整二氧化鈦的電子結構，提高其光催化活性。然而，元素的摻雜導致了催化劑晶體的熱穩定性欠佳。過量摻雜所引起的缺陷也會降低其光催化效率。另外重要的是，大多數傳統的修飾改性方法往往需要高溫高能耗或者複雜的昂貴儀器，使其無法應用於實際工業生產和擴展至其它的半導體催化劑。因此，到目前為止，還未有關於一種新的、工藝簡單的、低能耗的且適用於大部分半導體催化劑的改性方法的報導出現。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種操作簡單、能耗低、易於推廣的增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟(1)在室溫下將金屬氧化物置於培養皿中；(2)開啟真空乾燥箱，將真空乾燥箱的溫度調至470K ；(3)將盛裝有金屬氧化物的培養皿置於真空乾燥箱中，並且開啟真空泵抽真空，控制抽真空時間為10 180min，放氣後將培養皿取出，在空氣中冷卻至室溫並避光保存，即得到處理好的金屬氧化物。所述的金屬氧化物為Ti02、ai0、W03、Mo03或六1203。
所述的金屬氧化物優選Ti02。所述的TiR的顆粒大小為20 25nm，BET比表面積在35 65m2/g。所述的TW2的顆粒大小為21nm。所述的抽真空時間為10min、30min、60min、120min 或 180min。與現有技術相比，本發明具有以下優點(1)方法極其簡單且極易操作；(2)可對不同金屬氧化物進行直接改性，工藝簡單且易重複；(3)非常適合大面積推廣；(4)低溫真空活化，能耗低，成本低廉；(5)活化後的催化劑具有很高的可見光吸收性能、光催化性能及光解水制氫性能。
圖1為實施例1處理得到的樣品經不同時間的真空活化後的紫外-可見漫反射圖譜；圖2為實施例1處理得到的樣品在可見光下對20mg/L苯酚的降解曲線；圖3為實施例1處理得到的樣品在可見光下的光解水制氫曲線。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例1增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，該方法包括以下步驟(1)室溫下稱取0. 5g商品化的二氧化鈦Degussa P25轉移至培養皿中，使顆粒均勻分散在培養皿中，使用的二氧化鈦其顆粒大小為21nm左右，BET比表面積在50m2/g左右；(2)待真空乾燥箱的溫度升至470K後，將裝有P25的表面皿迅速放入真空乾燥箱內，然後立即開啟真空泵抽真空；(3)當到達不同的真空活化時間時(10，30，60，120，1801^11)，開始放氣並立即將培養皿從真空乾燥箱中取出，空氣中冷卻至室溫並避光保存，即得到處理好的二氧化鈦。通過苯酚(phenol 20mg/L)的光催化降解實驗來評價所製備樣品的光催化活性。 選擇苯酚是因為它帶有很難被降解掉的苯環，以及它在環境汙染物中佔有很大的比重。苯酚最大吸收波長為270nm。每次取0. 0700g樣品放入IOOml石英光反應試管中，再加入70ml 濃度為ZOmgr1的苯酚溶液。首先黑暗狀態攪拌30min，使苯酚在樣品表面達到吸附平衡。 然後用1000W的滷鎢燈照射，波長λ < 420nm的光用濾光片濾掉。光源與玻璃試管的距離為10cm。每間隔池取樣分析，立即進行離心，用0.22 μ m微孔過濾器過濾，分離出催化劑， 濾液用Cary 100紫外可見分光光度計測量溶液在200nm-800nm範圍的吸收強度，根據濃度與吸光度的關係曲線，計算其降解率。光催化制氫的實驗在一個密封的循環系統中進行。先將0. 200g樣品加入到80ml 的甲醇水溶液中(溶液中甲醇的含量為25%，同時還含有aiil的H2PtCl6 (lg/L))。磁力攪拌上述溶液至均勻後，再將其放置在300W的氙燈下光照120min，使溶液中的Pt納米粒子負載到催化劑的表面。系統排氣之後，用400nm的濾光片(Newport Corp.)濾掉λ <400nm的紫外光部分，開始進行光解水制氫反應。產生的氫氣吐用氣相色譜熱導檢測器TCD (Techcomp GC-7890II)進行檢測。圖1是經實施實例1處理得到的二氧化鈦P25在470K溫度下經過不同時間的真空活化後樣品的紫外-可見漫反射圖譜，表明P25經過真空活化後對400-700nm可見光的吸收會隨著活化時間的增長而逐漸增強。圖2是實施實例1時，經過不同時間真空活化改性後的P25在可見光下對20mg/L 苯酚的降解曲線，表明真空活化法可以有效提高P25在可見光下的光催化降解活性。圖3是實施實例1時，經過真空活化後的P25在可見光下的光解水制氫曲線a)在波長大於400nm的可見光照射下的光解水制氫實驗；b)可見光照射對光解水制氫的影響。 表明真空活化法可以有效提高P25在可見光下的光解水制氫能力。實施例2增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，該方法包括以下步驟(1)在室溫下將ZnO置於培養皿中；(2)開啟真空乾燥箱，將真空乾燥箱的溫度調至470K ；(3)將盛裝有SiO的培養皿置於真空乾燥箱中，並且開啟真空泵抽真空，控制抽真空時間為180min，放氣後將培養皿取出，在空氣中冷卻至室溫並避光保存，即得到處理好的金屬氧化物SiO。實施例3增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，包括以下步驟(1)在室溫下將WO3置於培養皿中；(2)開啟真空乾燥箱，將真空乾燥箱的溫度調至470K ；(3)將盛裝有WO3的培養皿置於真空乾燥箱中，並且開啟真空泵抽真空，控制抽真空時間為180min，放氣後將培養皿取出，在空氣中冷卻至室溫並避光保存，即得到處理好的金屬氧化物WO3。實施例4增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，包括以下步驟(1)在室溫下將MoO3置於培養皿中；(2)開啟真空乾燥箱，將真空乾燥箱的溫度調至470K ；(3)將盛裝有MoO3的培養皿置於真空乾燥箱中，並且開啟真空泵抽真空，控制抽真空時間為180min，放氣後將培養皿取出，在空氣中冷卻至室溫並避光保存，即得到處理好的金屬氧化物MoO3。實施例5增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，包括以下步驟(1)在室溫下將Al2O3置於培養皿中；(2)開啟真空乾燥箱，將真空乾燥箱的溫度調至470K ；(3)將盛裝有Al2O3的培養皿置於真空乾燥箱中，並且開啟真空泵抽真空，控制抽真空時間為180min，放氣後將培養皿取出，在空氣中冷卻至室溫並避光保存，即得到處理好的金屬氧化物A1203。實施例6增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，包括以下步驟(1)在室溫下將TW2置於培養皿中，使用的TW2其顆粒大小為20nm，BET比表面積在 35m2/g ；(2)開啟真空乾燥箱，將真空乾燥箱的溫度調至470K ；(3)將盛裝有金屬氧化物的培養皿置於真空乾燥箱中，並且開啟真空泵抽真空，控制抽真空時間為180min，放氣後將培養皿取出，在空氣中冷卻至室溫並避光保存，即得到處理好的金屬氧化物TiO2。實施例7增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，包括以下步驟(1)在室溫下將TW2置於培養皿中，使用的TW2其顆粒大小為25nm，BET比表面積在 65m2/g ；(2)開啟真空乾燥箱，將真空乾燥箱的溫度調至470K ；(3)將盛裝有金屬氧化物的培養皿置於真空乾燥箱中，並且開啟真空泵抽真空，控制抽真空時間為180min，放氣後將培養皿取出，在空氣中冷卻至室溫並避光保存，即得到處理好的金屬氧化物TiO2。
權利要求
1.增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟(1)在室溫下將金屬氧化物置於培養皿中；(2)開啟真空乾燥箱，將真空乾燥箱的溫度調至470K;(3)將盛裝有金屬氧化物的培養皿置於真空乾燥箱中，並且開啟真空泵抽真空，控制抽真空時間為10 180min，放氣後將培養皿取出，在空氣中冷卻至室溫並避光保存，即得到處理好的金屬氧化物。
2.根據權利要求1所述的增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法， 其特徵在於，所述的金屬氧化物為Ti02、ZnO, WO3> MoO3或A1203。
3.根據權利要求1所述的增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法， 其特徵在於，所述的金屬氧化物優選Ti02。
4.根據權利要求2或3所述的增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，其特徵在於，所述的TW2的顆粒大小為20 25nm，BET比表面積在35 65m2/g。
5.根據權利要求2或3所述的增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，其特徵在於，所述的T^2的顆粒大小為21nm。
6.根據權利要求1所述的增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法， 其特徵在於,所述的抽真空時間為10min、30min、60min、120min或180min。
全文摘要
本發明涉及增強金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，在室溫下將金屬氧化物置於培養皿中，開啟真空乾燥箱，將真空乾燥箱的溫度調至470K，將盛裝有金屬氧化物的培養皿置於真空乾燥箱中，並且開啟真空泵抽真空，放氣後將培養皿取出，在空氣中冷卻至室溫並避光保存，即得到處理好的金屬氧化物。與現有技術相比，本發明活化後的金屬氧化物在可見光區的吸收明顯增強，對有機汙染物苯酚的可見光降解活性，及其在可見光下的光解水制氫的能力都明顯增強，該真空活化改性方法操作極其簡單，成本低廉，周期也較短，能耗低，且對於很多金屬氧化物都適用，非常適合大面積推廣。
文檔編號C02F1/30GK102274756SQ20111015642
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月10日 優先權日2011年6月10日
發明者何雲翔, 張金龍, 方文章, 綦殿禹, 邢明陽 申請人:華東理工大學