鍺酸鋯的應用的製作方法

2023-05-30 18:16:16

本發明屬於環境汙染治理技術領域，涉及鍺酸鋯(ZrGeO4)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。

很多催化劑在有光照的條件下能表現出催化活性，甚至高的活性，但這種活性的獲得，常常對光照這個條件非常依賴。如果光照強度很弱，或者沒有光照，則無法表現出催化活性，甚至要求為特定波長光的照射才能表現出活性，這使得催化劑的應用受到了限制。因此，研究開發對外界條件要求較低的催化劑，具有擴寬應用範圍和降低應用成本的重要意義。

ZrGeO4是一種無機化合物，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ZrGeO4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鍺酸鋯(ZrGeO4)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：

一種鍺酸鋯的應用，ZrGeO4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ZrGeO4為催化劑進行催化降解；

(2)ZrGeO4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。

上述的鍺酸鋯的應用，所述的有機染料汙染物優選為羅丹明B(RhB)或亞甲基藍(MB)，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，ZrGeO4即使在完全避光的室溫條件下也能有效降解羅丹明B或亞甲基藍等有機染料。在降解實驗中，ZrGeO4重複使用三次，活性沒有降低；繼續重複使用多次，活性仍無明顯的下降，表現出非常高的耐用性。

(2)本發明的ZrGeO4催化降解染料時不需要依賴光照條件，對溫度也幾乎沒有要求、耐用性高，具有良好的推廣應用價值。

附圖說明

圖1為本發明實施例1製備的ZrGeO4催化劑的XRD圖。

圖2為本發明實施例1製備的ZrGeO4降解RhB染料的活性結果，以及ZrGeO4重複使用的活性結果。其中，C0為催化劑加入前RhB的初始濃度，C為催化過程中任一時刻下RhB的濃度。

圖3為本發明實施例1製備的ZrGeO4降解MB染料的活性結果，以及ZrGeO4重複使用的活性結果。其中，C0為催化劑加入前MB的初始濃度，C為催化過程中任一時刻下MB的濃度。

具體實施方式

下面是本發明ZrGeO4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)ZrGeO4的製備

取20mmol的ZrOCl2溶解於100ml去離子水中，然後再加入20mmol的GeO2，在室溫下攪拌30分鐘。將所得混合物轉入體積為150mL的高壓反應釜中，在220℃下靜置24h後，自然冷卻至室溫。將所得沉澱用去離子水洗滌三次(每次用去離子水50mL)，離心分離後，置於溫度為60℃的烘箱乾燥24h。最後，將所得固體在900℃下灼燒2小時即得ZrGeO4樣品。

(2)ZrGeO4的表徵

從圖1的XRD圖可見，ZrGeO4樣品的晶相與《粉末衍射卡片集》中JCPDS No.34-0407的標準ZrGeO4晶相完全吻合，這說明ZrGeO4樣品成功製備。

(3)ZrGeO4催化降解RhB的活性測試

將150mg的ZrGeO4催化劑置於100mL濃度為3mg/L的RhB溶液(盛裝於400mL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554nm處的吸光度。最後根據濃度-吸光度標準曲線推算試樣的RhB濃度。

(4)ZrGeO4催化降解MB的活性測試

將150mg的ZrGeO4催化劑置於100mL濃度為6mg/L的MB溶液(盛裝於400mL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665nm處的吸光度。最後根據濃度-吸光度標準曲線推算試樣的MB濃度。

活性實驗結果表明，在完全避光的室溫條件下，ZrGeO4催化劑在10h內能將RhB染料完全降解(圖2)，在16h內能將MB染料降解75～80％(圖3)。在RhB和MB染料的降解實驗中，ZrGeO4重複使用三次，活性沒有降低。此外，實驗結果還表明，繼續重複使用多次，活性仍能較好保持，沒有明顯的活性下降。因此，ZrGeO4催化劑降解RhB或MB染料是一個節能、高效的過程，在環境汙染治理方面有潛在的應用前景。