[發(fā)明專利]一種可見(jiàn)光響應(yīng)催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711049639.9
• 申請(qǐng)日: 2017-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108043391B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周俊麗;張亞軍;朱宸光;陳浩明;朱海安;余林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/34
• 分類號(hào): B01J23/34;B01J35/10;B01J37/08;B01J37/10;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可見(jiàn)光響應(yīng)催化劑及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明以葡萄糖為碳源，以硝酸錳為錳源，尿素為堿源，四丁基溴化銨為分散劑，通過(guò)水熱法得到碳包裹的前驅(qū)體MnCO₃，進(jìn)而高溫焙燒，得到三維分級(jí)結(jié)構(gòu)的可見(jiàn)光響應(yīng)催化劑，該催化劑是由無(wú)定型碳包裹在ε?MnO₂表面構(gòu)成。本發(fā)明制得的催化劑形貌可簡(jiǎn)單通過(guò)反應(yīng)物葡萄糖的加入量得到調(diào)控，具有形貌可控性。由于表面碳層的形成使得催化劑具有較強(qiáng)的吸附能力和可見(jiàn)光活性，表現(xiàn)出優(yōu)異的可見(jiàn)光催化降解甲苯活性，甲苯的降解率在70分鐘時(shí)高達(dá)87.34％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可見(jiàn)光響應(yīng)催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著能源化工等行業(yè)的迅速發(fā)展，我國(guó)每年的化石燃料消耗量也在持續(xù)攀升，而因此帶來(lái)的環(huán)境污染也日趨嚴(yán)重。尤其是大氣環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)污染物(VOC)，對(duì)人體健康和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定造成了嚴(yán)重的威脅，其是指在常溫下飽和蒸汽壓大于70Pa，常壓下沸點(diǎn)在260℃以內(nèi)的有機(jī)化合物，主要包括烴類、氧烴類、鹵代烴類及硫化烴類等化合物。由于環(huán)境問(wèn)題的緊迫性，許多國(guó)家和部分地區(qū)也都頒布了嚴(yán)格的VOC排放標(biāo)準(zhǔn)，但是這不能從根源上解決大氣污染的問(wèn)題。加之傳統(tǒng)的廢氣處理方法(吸收法、吸附法和冷凝法)只是進(jìn)行了簡(jiǎn)單的污染物轉(zhuǎn)移，沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行降解，因此發(fā)展?jié)崈舾咝У沫h(huán)境治理和催化降解污染物技術(shù)成為各國(guó)政府和科學(xué)研究者普遍關(guān)注的問(wèn)題。大氣污染中，甲苯作為主要污染物之一，會(huì)通過(guò)皮膚，呼吸道進(jìn)入人體并造成危害，因而展開(kāi)對(duì)甲苯在室溫下、自然光下的光催化降解研究，是具有十分重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的。

目前，關(guān)于光催化降解甲苯催化劑的研究大多集中在需要紫外光驅(qū)動(dòng)的TiO₂或者ZnO催化劑，對(duì)可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)錳氧化物催化劑尚未有相關(guān)報(bào)道。因此制備高效的可見(jiàn)光響應(yīng)的雙功能催化劑仍然是一個(gè)充滿著各種挑戰(zhàn)性的課題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺點(diǎn)，本發(fā)明的首要目的在于提供一種可見(jiàn)光響應(yīng)催化劑的制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述制備方法制備得到的可見(jiàn)光響應(yīng)催化劑，該催化劑具有三維分級(jí)結(jié)構(gòu)，較強(qiáng)的吸附能力和可見(jiàn)光活性，具有在室溫下、自然光下降解氣態(tài)污染物的雙功能。

本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供上述可見(jiàn)光響應(yīng)催化劑的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種可見(jiàn)光響應(yīng)催化劑的制備方法，包含如下步驟：

(1)將四丁基溴化銨(TBAB)、尿素、Mn(NO₃)₂溶液和葡萄糖加入到反應(yīng)溶劑中，混勻，得到混合溶液；然后進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)完成后產(chǎn)物除雜，得到中間產(chǎn)物；

(2)將步驟(1)制得的中間產(chǎn)物在空氣氣氛中高溫焙燒，得到可見(jiàn)光響應(yīng)催化劑(ε-MnO₂@C)；

步驟(1)中所述的混合溶液中尿素和Mn(NO₃)₂的摩爾比為0.6；

步驟(1)中所述的混合溶液中葡萄糖與Mn(NO₃)₂的摩爾比為0.02～0.07；

步驟(1)中所述的混合溶液中葡萄糖的終濃度為0.01～0.04mol/L；

步驟(1)中所述的混合溶液中四丁基溴化銨(TBAB)的終濃度優(yōu)選為0.1～0.12mol/L；

步驟(1)中所述的Mn(NO₃)₂溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為50％；

步驟(1)中所述反應(yīng)溶劑優(yōu)選為乙二醇；

步驟(1)中所述的水熱反應(yīng)的條件優(yōu)選為：反應(yīng)溫度為140～180℃，反應(yīng)時(shí)間為1～2h；