[發(fā)明專利]鐵摻雜碳量子點(diǎn)/二氧化鈦復(fù)合光催化劑制備及降解甲醛的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810046615.6
• 申請(qǐng)日: 2018-01-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108212159A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 焦揚(yáng);母昭;楊亞玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 云南健牛生物科技有限公司
• 主分類號(hào): B01J23/745
• 分類號(hào): B01J23/745;A62D3/17;A62D101/28
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本發(fā)明公開(kāi)了鐵摻雜碳量子點(diǎn)/二氧化鈦復(fù)合光催化劑降解甲醛的方法，制備方法包括（1）鐵摻雜碳量子點(diǎn)的制備；（2）鐵摻雜碳量子點(diǎn)/二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備。利用可見(jiàn)光對(duì)制備出的鐵摻雜碳量子點(diǎn)/二氧化鈦復(fù)合光催化劑進(jìn)行甲醛光催化性能的降解。本發(fā)明利用界面電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)構(gòu)建鐵摻雜碳量子點(diǎn)，鐵摻雜有利于提升鐵摻雜碳量子點(diǎn)/二氧化鈦復(fù)合光催化劑的光催化活性，是由于鐵的摻雜降低了碳量子點(diǎn)的功函，導(dǎo)致鐵摻雜碳量子點(diǎn)和二氧化鈦之間形成很大的勢(shì)壘，使鐵摻雜碳量子點(diǎn)/二氧化鈦的光催化性能提升。鐵摻雜碳量子點(diǎn)的引入，顯著提高了二氧化鈦在可見(jiàn)光下的催化性能，可見(jiàn)光照射180 min 后，甲醛（濃度在3 ?30 mg/L）的降解率由二氧化鈦為催化劑時(shí)的40%上升到85%以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及二氧化鈦復(fù)合光催化體系制備及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

二氧化鈦具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，包括穩(wěn)定的化學(xué)性能、光電化學(xué)性能；耐光腐蝕；對(duì)生物無(wú)毒；來(lái)源豐富；是一種高效的光催化劑，故常將其用于有機(jī)污染物的降解，空氣的凈化，殺菌和除霧器。但由于二氧化鈦帶隙較寬為3.2ev，一般只能吸收波長(zhǎng)較短的紫外光，故太陽(yáng)能的利用率很低且只有3%～5%；并且由于光激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴的復(fù)合，導(dǎo)致光量子效率低，使得半導(dǎo)體光催化劑的應(yīng)用受到了限制。

有研究發(fā)現(xiàn)碳納米材料可以作為電子存儲(chǔ)器捕捉電子，從而阻止電子空穴對(duì)的重組。而且有些碳納米材料如碳量子點(diǎn)的上轉(zhuǎn)換光致發(fā)光性能可以使其吸收長(zhǎng)波長(zhǎng)的光而發(fā)射短波長(zhǎng)的光可以不斷激發(fā)半導(dǎo)體光催化劑形成電子空穴對(duì)。所以將碳納米材料與半導(dǎo)體光催化劑進(jìn)行復(fù)合提高催化效率將有很大的應(yīng)用前景及意義。

發(fā)明專利（申請(qǐng)?zhí)?01710146818.8）公開(kāi)了復(fù)合型光催化體系CQDs-KNbO₃及其制備方法和應(yīng)用，提供了具有強(qiáng)氧化還原活性的復(fù)合光催化體系CQDs-KNbO₃，可實(shí)現(xiàn)在可見(jiàn)光照射下降解有機(jī)污染物的同時(shí)制氫；發(fā)明專利（申請(qǐng)?zhí)?01610344339.2）公開(kāi)了碳量子點(diǎn)/鉬酸鉍納米片復(fù)合光催化材料的制備方法，用于降解有機(jī)污染物羅丹明B；發(fā)明專利（申請(qǐng)?zhí)?01510214659.1）公開(kāi)了一種氮摻雜碳量子點(diǎn)/二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，用于光催化甲醇分解制氫。這些方法都涉及將碳量子點(diǎn)與TiO₂及金屬結(jié)合的制備復(fù)合型光催化材料，用于有機(jī)污染物降解或制氫。甲醛結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單易于消除，但是其釋放緩慢，因此需要所用的催化劑具有良好的穩(wěn)定性，光線的利用效率也是困擾現(xiàn)在光催化效果的重要方面。

本發(fā)明利用界面電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)構(gòu)建的鐵摻雜碳量子點(diǎn)，既有碳納米材料在光催化中的優(yōu)勢(shì)，又有金屬鐵在光催化中的優(yōu)勢(shì)。鐵摻雜有利于提升鐵摻雜碳量子點(diǎn)/二氧化鈦的光催化活性，是由于鐵的摻雜降低了碳量子點(diǎn)的功函，導(dǎo)致鐵摻雜碳量子點(diǎn)和二氧化鈦之間形成很大的勢(shì)壘，使鐵摻雜碳量子點(diǎn)/二氧化鈦的光催化性能提升，提高了甲醛的催化降解效果。制備材料在可見(jiàn)光下降解率高，降解甲醛濃度范圍寬，降解時(shí)間短，材料容易與液體分離、材料可以重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供鐵摻雜碳量子點(diǎn)/二氧化鈦復(fù)合光催化劑制備及降解甲醛的方法，利用鐵摻雜碳量子點(diǎn)作為二氧化鈦的敏化劑，制備一種在可見(jiàn)光下能有效降解甲醛的復(fù)合光催化體系。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

除非另有說(shuō)明，本發(fā)明所采用的百分?jǐn)?shù)均為重量百分?jǐn)?shù)。

鐵摻雜碳量子點(diǎn)/二氧化鈦復(fù)合光催化劑制備及降解甲醛的方法。其特征在于，制備方法包括以下步驟：

（1）鐵摻雜碳量子點(diǎn)的制備：稱取10-15g檸檬酸，1-3g硫酸亞鐵銨溶于50-100mL純水中，再加入5-10mL乙二胺，超聲10-20min使其充分混勻，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜于200℃加熱5-7h，自然冷卻后以8000r/min高速離心15-25min除去大顆粒雜質(zhì)，過(guò)0.22μm濾膜后得到藍(lán)色熒光的鐵摻雜碳量子點(diǎn)，60℃真空干燥箱中干燥備用。