[發(fā)明專(zhuān)利]一種光催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910255768.2
• 申請(qǐng)日: 2009-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102107138A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱校斌;蘇營(yíng)營(yíng);王新亭
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所
• 主分類(lèi)號(hào): B01J23/72
• 分類(lèi)號(hào): B01J23/72;B01J21/16;B01J37/00;C02F1/30;C02F103/28;C02F103/30;C02F103/34
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及有機(jī)廢水脫色處理技術(shù)，具體的說(shuō)是一種光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來(lái)，半導(dǎo)體光催化已成為光化學(xué)領(lǐng)域及環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一，其原理是半導(dǎo)體在光的作用下產(chǎn)生活性自由基，這些自由基可以迅速無(wú)選擇地把多種有機(jī)污染物徹底氧化。半導(dǎo)體光催化技術(shù)具有常溫常壓下進(jìn)行、徹底破壞有機(jī)物、無(wú)二次污染的優(yōu)點(diǎn)。TiO₂、ZnO等n型半導(dǎo)體因其催化活性高、氧化能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)成為普遍使用的光催化劑。但是對(duì)大多數(shù)n型半導(dǎo)體光催化劑來(lái)說(shuō)，它們禁帶較寬，光吸收在紫外光區(qū)，對(duì)可見(jiàn)光的利用率較低，光催化時(shí)需使用紫外光源，從而限制了它們的應(yīng)用范圍。理想的光催化材料應(yīng)該是直接利用最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的太陽(yáng)光中豐富的可見(jiàn)光作為光源來(lái)活化催化劑，驅(qū)動(dòng)氧化還原反應(yīng)，治理環(huán)境污染。所以如何提高光催化量子效率、光催化劑的光譜響應(yīng)，直接利用可見(jiàn)光作為激發(fā)光源，降解有毒有害污染物，有效利用太陽(yáng)光，成為目前的研究熱點(diǎn)。為此許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作，力求尋找一種對(duì)可見(jiàn)光響應(yīng)的、光活性好的、光催化效率高的、價(jià)格低廉的光催化材料，以提高可見(jiàn)光利用率和光催化活性。

Cu₂O是一種典型的金屬缺位P型半導(dǎo)體，能級(jí)差為2.0～2.2eV，比TiO₂的能極差(3.2eV)低得多，可被≤600nm的光激發(fā)，完全可在太陽(yáng)光的輻射下引發(fā)光催化反應(yīng)。其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到18％，且無(wú)毒性，是一種極具前景的光催化氧化材料。而且大量的實(shí)驗(yàn)表明，多晶態(tài)的Cu₂O不像單晶Cu₂O，可反復(fù)使用而不會(huì)被還原成Cu(0)或是氧化成Cu(II)，穩(wěn)定性很好。塊體Cu₂O量子效率較低，這是激發(fā)的電子和空穴的復(fù)合率太高所造成的。電子和空穴在低能光激發(fā)下形成，其動(dòng)能也低，因而更容易復(fù)合。提高使用效率，降低復(fù)合率的主要途徑是降低粒度，讓電子和空穴盡快擴(kuò)散至粒子表面。所以，當(dāng)粒度達(dá)到納米級(jí)時(shí)，擴(kuò)散到表面的時(shí)間應(yīng)降低10⁴～10⁶倍，可大大提高量子效率。

納米Cu₂O的制備方法種類(lèi)繁多，大致可以分為固相法、液相法和氣相法3大類(lèi)。固相法有燒結(jié)法和低溫固相法。液相法包括水解法、化學(xué)沉淀法、電化學(xué)法、溶膠-凝膠法、輻照還原法等。氣相法包括化學(xué)氣相沉積法和噴霧熱解法。與氣相法相比，固相法和液相法更具有工業(yè)化前景。對(duì)液相法而言，最大的問(wèn)題是納米Cu₂O的團(tuán)聚，如何有效防止納米Cu₂O的團(tuán)聚是研究的一個(gè)重點(diǎn)。

納米級(jí)半導(dǎo)體催化劑的粉末較小，在水溶液中易于團(tuán)聚，且難以回收，人們將目光轉(zhuǎn)向在基質(zhì)上做成膜或以微粒狀吸附于載體上的固定相催化劑的研究。迄今為止，人們研究過(guò)納米Cu₂O在碳納米管、活性炭、玻璃基體、玻璃纖維、聚碳酸酯膜、殼聚糖等載體上的負(fù)載，但是對(duì)負(fù)載后納米Cu₂O的光催化效果和回收利用研究很少。要想使負(fù)載后的納米Cu₂O光催化效果好，就要求載體比表面積大、分散性好、對(duì)可見(jiàn)光吸收弱且易于從水中過(guò)濾分離。硅藻土是單細(xì)胞水生植物硅藻的遺骸沉積所形成的硅質(zhì)生物沉積巖，自然界中含量豐富。它獨(dú)特的硅藻殼體結(jié)構(gòu)、強(qiáng)吸附性、大比表面積、高孔隙度、耐高溫等優(yōu)良性質(zhì)決定了它是一種得天獨(dú)厚的載體材料。

經(jīng)檢索可知未發(fā)現(xiàn)采用氯化亞銅水解法制得硅藻土負(fù)載的納米氧化亞銅及其光催化降解有色污染廢水的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種光催化劑：粒徑為1～100nm納米氧化亞銅顆粒附著在精制硅藻土表面，即納米氧化亞銅/硅藻土載體光催化劑，其中氧化亞銅與硅藻土重量比：0.58～0.87∶1.0～2.0。

所述納米氧化亞銅為在超聲波輻射下將0.8～1.2g?CuCl和0.4～0.6g十二烷基苯磺酸鈉加入到100mL、4.8～5.0mol/L的NaCl溶液中并攪拌均勻，即得粒徑為1～100nm納米氧化亞銅顆粒，所的納米氧化亞銅顆粒經(jīng)掃描電鏡、X射線衍射表征，粒徑為1～100nm。所述精制硅藻土為按10～15∶1的液固質(zhì)量比取硅藻土和硫酸溶液，在100℃水浴中充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)3.5～4.5h，待用；然后按15～20∶1的液固質(zhì)量比將上述所得反應(yīng)物加入到水中反應(yīng)1～2h后將硅藻土過(guò)濾、洗滌、干燥，在馬弗爐內(nèi)500～600℃煅燒4～5h，得到精制硅藻土。