四水合碘酸氫鈰的應用的製作方法

2023-05-29 22:29:16

本發明屬於環境汙染治理技術領域，涉及四水合碘酸氫鈰（CeHIO6·4H2O）化合物作為一種新型催化劑在降解有機染料汙染物中的應用。

背景技術：

隨著人口的增加，全世界的印染產業規模不斷擴大，該產業排出的大量有機染料汙染物，已成為全世界水汙染的重要來源。半導體光催化技術可在室溫下直接利用太陽光將染料汙染物高效地氧化降解。因此，通過光催化技術，充分利用太陽光來降解染料汙染物是目前環境汙染治理的一條有利途徑。因紫外光只佔太陽光總能量的4%左右，而可見光佔46%左右，所以利用太陽能的關鍵在於利用太陽光中的可見光。因此，可見光響應型的光催化劑在當今環境治理領域具有重要的應用前景。然而，因為能帶結構的限制，再加上高的光生載流子複合率，可見光催化劑降解染料汙染物的活性和耐用性一般較低。

降解染料汙染物的另一條有利途徑是不通過光照，在節能的室溫條件下使用催化劑進行催化降解。發展高活性、高耐用性的催化劑以用於無光照、室溫條件下染料汙染物的降解，在環境汙染治理領域具有重要的實用前景和學術價值。

CeHIO6•4H2O是一種含4個結晶水的無機化合物，雖然它的製備方法和組成鑑定早已有文獻報導，但目前尚未有專利和文獻報導CeHIO6•4H2O的應用研究，尤其它作為催化劑的應用研究。

技術實現要素：

本發明目的在於提供四水合碘酸氫鈰（CeHIO6·4H2O）化合物在環境治理領域的一種新應用，首次提供此化合物的應用示例。

本發明的技術方案為：

一種CeHIO6•4H2O的應用，CeHIO6·4H2O作為催化劑降解有機染料汙染物，具體應用的步驟為：

（1）以有機染料汙染物為底物，以CeHIO6·4H2O為催化劑進行催化降解；

（2）CeHIO6·4H2O催化劑的活性評價：測定有機染料汙染物的降解速率，以其完全降解所需的時間來衡量其催化活性；

（3）回收CeHIO6·4H2O，並測定其循環使用的活性。

上述的CeHIO6·4H2O的應用，所述的有機染料汙染物優選為甲基橙（MO），所述的催化降解，溫度為10-25℃，光照條件為完全避光或自然光照射。

本發明的有益效果在於：

（1）實驗結果表明，CeHIO6·4H2O的催化降解活性即使在完全避光的條件下，也顯著高於可見光照射下的商用二氧化鈦（P25）光催化劑，解決了現有催化劑活性低的問題。

（2）本發明的CeHIO6·4H2O的耐用性很高，循環使用3次以上，活性沒有明顯降低，解決了現有催化劑耐用性低的問題。

（3）本發明的CeHIO6·4H2O催化劑製備方法簡單、製備條件溫和，有利於推廣應用。

附圖說明

圖1為本發明實施例1製備的CeHIO6·4H2O催化劑的SEM圖。

圖2為本發明實施例1製備的CeHIO6·4H2O催化劑的的EDS結果。

圖3為本發明實施例1製備的CeHIO6·4H2O與P25光催化劑降解MO染料的活性結果圖。其中，C0為催化劑加入前MO的初始濃度，C為催化過程中任一時刻下MO的濃度。

圖4為本發明實施例1製備的CeHIO6·4H2O催化劑在降解MO實驗中循環使用的活性結果圖。其中，C0為催化劑加入前MO的初始濃度，C為催化過程中任一時刻下MO的濃度。

具體實施方式

下面是本發明CeHIO6·4H2O和應用研究的具體實施例，以下實施例旨在進一步詳細說明本發明，而非限制本發明。

實施例1

（1）CeHIO6·4H2O的製備

將1.37 g（2.5 mmol）硝酸鈰銨（(NH4)2Ce(NO3)6）、0.2 mL濃硝酸溶於35 mL去離子水，得到硝酸鈰銨溶液。將0.57 g（2.5 mmol）高碘酸（H5IO6）溶於15 mL去離子水，得到高碘酸溶液。室溫下，在攪拌硝酸鈰銨溶液的過程中，將高碘酸溶液逐滴加入硝酸鈰銨溶液中。滴加完畢後，繼續攪拌1 h。將所得沉澱用去離子水洗滌兩次（每次用去離子水50 mL），離心分離後，置於溫度為60 o C的烘箱乾燥12 h，即得CeHIO6·4H2O樣品。

（2）CeHIO6·4H2O的表徵

從圖1的SEM圖可見，CeHIO6·4H2O樣品具有0.5-10 nm大小的無規則形貌。圖2的SEM圖EDS結果顯示，樣品的所含原子Ce、I、O個數比例接近為1 : 1 : 10，同時質量比也恰好能夠吻合，這說明CeHIO6·4H2O樣品成功製備。

（3）CeHIO6·4H2O催化劑降解MO染料汙染物的活性評價

將所得CeHIO6·4H2O樣品以MO為降解底物，進行催化活性評價，並將其活性結果與P25光催化劑對比。

CeHIO6·4H2O催化活性測試

將150 mg的CeHIO6·4H2O催化劑置於100 mL濃度為20 mg/L的MO溶液（盛裝於400 mL的敞口燒杯）中，在完全避光的室溫下攪拌。分別在不同時間點取樣，離心分離後取上清液，將上清液稀釋得到試樣。用紫外分光光度計（普析TU1810、北京普析通用儀器有限責任公司）測定試樣在465 nm處的吸光度。最後根據濃度-吸光度標準曲線推算試樣的MO濃度。

CeHIO6·4H2O催化劑循環使用實驗方案

在前一循環的催化降解實驗完成後，將CeHIO6·4H2O催化劑離心分離，洗滌乾淨，在60℃下乾燥8 h後，再用於下一次的催化活性測試。具體測試條件，如催化劑用量、MO用量等，同新鮮CeHIO6·4H2O或前一循環的催化活性測試方案。

P25光催化活性測試方案

將150 mg的P25置於100 mL濃度為20 mg/L的MO溶液（盛裝於400 mL的敞口燒杯）中，室溫下避光攪拌40 min，使羅丹明分子在P25表面達到吸附–脫附平衡。然後打開500W氙燈（PLS-SXE300、北京泊菲萊科技有限公司），用濾光片濾去波長低於420nm的光，MO溶液液面位於氙燈正下方，液面與燈管中心之間的距離為14釐米（輻照度為300 mW/cm2）。這樣處理是為了提供較優的光照條件，從而保證P25能充分表現出它的催化活性。分別在不同時間點取樣，離心分離後取上清液，將上清液稀釋得到試樣。用紫外分光光度計（普析TU1810、北京普析通用儀器有限責任公司）測定試樣在465 nm處的吸光度。最後根據濃度-吸光度標準曲線推算試樣的MO濃度。

由圖3可見，在0-370 min以內的任意時間點，CeHIO6·4H2O催化劑對應的C/C0值都明顯低於P25光催化劑對應的C/C0，這說明即使給予P25光催化劑較優的光照條件，而對CeHIO6·4H2O進行避光處理，CeHIO6·4H2O催化劑降解MO的活性也明顯高於P25光催化劑。因此，CeHIO6·4H2O催化劑降解MO是一個節能、高效的過程，在環境汙染治理方面有潛在的應用前景。圖4給出了CeHIO6·4H2O催化劑在降解MO實驗中循環使用的活性結果。由圖4可見，CeHIO6·4H2O催化劑在連續循環使用的3次實驗中，都能在370 min時將MO降解至C/C0為0.13左右，其活性沒有明顯降低。這說明CeHIO6·4H2O催化劑具有較高的耐用性。