-沸石复合多孔纳米催化材料的制备及应用_3

文档序号:8328840阅读:来源:国知局
光照射水体内亚甲基兰、磺胺甲恶唑、辛硫磷等难降解有机污染 物,通过试验研究结果及理论计算成功推导出参与光催化降解反应的光生电荷(光生电子 或者光生空穴)数量,进而推导出参与反应的可见光光子数,结合计算出的入射光总光子 数,最终得出在单波长可见光作用下降解水体中亚甲基兰、磺胺甲恶唑、辛硫磷等有机污染 物的光量子效率。
【具体实施方式】
[0044] 1、新型纳米材料Y3_xNdxNb0 7(0. 5彡X彡1)的制备工艺路线如下:
[0045] (1)采用盐助溶液燃烧法制备Y3_xNdxNb0 7 (0· 5彡X彡1)光催化粉末材料:
[0046] a.以 Y (NO3) 3 · 6H20 (AR)、NdCl3 (AR)、NbCl5 (AR)为原材料,将 Y、Nd 和 Nb 以所述分 子式的原子摩尔比(3-x) : X : 1 的Y(NO3)3WH2O(AR)、NdCl3(AR)、NbCl 5(AR)经研磨后转 移至石英烧杯中,加入-定量的去离子水使药品溶解,再加入化学计量比的甘氨酸和KCI, 形成混合溶液。
[0047] b.将上述盛有混合溶液的石英烧杯放置于磁控温加热器上.于60°C下进行加热, 反应3 ± Ih后,溶液温度逐渐升至IKTC左右,在此过程中,溶液逐渐变得透明并被蒸发。上 述溶液蒸发完全后所得粘稠液体会发生膨胀.紧接着释放出气体.迅速发生自蔓延溶液燃 烧反应,生成疏松的粉体,将燃烧所得粉体放入马福炉中煅烧3~4h,冷却。然后将样品用 蒸馏水洗涤3次,再用无水乙醇洗涤2次,放入干燥箱中干燥,干燥箱温度设置为60°C,取出 样品研磨装袋,即得最终产物。
[0048] (2)采用液相催化相转化法制备Y3_xNdxNb0 7 (0. 5彡X彡1)光催化粉末材料:
[0049] a.按VxNdxNbO7 (0· 5彡X彡1)分子式的原子摩尔比取原材料Y (NO3) 3 ·6Η20 (AR)、 NdCl3 (AR)、NbCl5 (AR)进行研磨,即 Y、Nd 和 Nb 的摩尔比为(3-x) : X : 1(0. 5 彡 X 彡 1), 将研磨后的细粉粒转移到石英烧杯中,加入一定量的去离子水使药品溶解,制得钇钕铌混 合溶50mL。
[0050] b.用电子天平称取NaOH 6. 00g,FeCl2 · 4H20 4. 98g,用去离子水溶解,各得3mol/ L NaOH 溶液 50mL、0.5mol/L FeCl2溶液 50mL。
[0051] c.用上述制得的NaOH溶液调节钇钕铌混合溶体系的pH值至9. 5~10. 5,加入 l.Omol/L的FeCl2溶液作为催化剂,Fe2+与Fe3+的物质量的比为0.02 : 1 ;再细心调节体系 的pH值至9. 5~10. 5,然后沸腾回流2h,然后对其进行离心分离、再用去离子水洗涤4~ 5次,最后将所得到的Y3_xNd xNb07 (0. 5 < X < 1)纳米粒子分散在去离子水中备用,分散液的 固含量为40~55g/L。
[0052] 2、Y3_xNdxNb0 7 (0. 5彡X彡1)-沸石复合多孔纳米催化材料的制备工艺路线如下:
[0053] 采用水解共沉淀法制备:
[0054] a.沸石悬浮液的制备:首先,将沸石研碎过筛,并称取5g过筛后的细颗粒沸石,加 入到50g水中浸泡过夜后,磁力搅拌2h,制得10 %的矿浆,于其中加入0. 15g的焦磷酸钠, 机械搅拌(450r/min) 0. 5h,静置2h后倾析出上层悬浮液备用。
[0055] b.纪钕银混合溶液制备:按Y3_xNdxNb07分子式的原子比即 (3-x) : X : 1(0. 5 彡 X彡 1),用电子天平分别称取适量的 Y(N03)3.6H20(AR)、NdCl3(AR)、 NbCl5(AR)制成混合溶液50mL,得0. lmol/L钇钕铌混合溶液备用。
[0056] c. Y3_xNdxNb07 (0. 5彡X彡1)-沸石纳米复合材料的制备:取沸石悬浮液50mL在水 浴锅中加热搅拌至85°C,分别用10 %硫酸调节pH值至2. 0,加入20g尿素,将配置好50mL 的0. lmol/L纪钕银混合溶液缓慢匀速滴入沸石悬浮液中,待纪钕银混合溶液全部滴完后, 停止搅拌及加热并取出水解沉淀胶体,用蒸馏水和无水乙醇反复离心洗涤至无氯离子。将 洗涤后的沉积物于80°C干燥获得Y 3_xNdxNb07(0. 5 < X < 1)-沸石纳米复合材料。
[0057] 3、Y3_xNdxNb0 7 (0. 5彡X彡1) /氢桥混配物复合修饰光电极的制备方法:
[0058] 采用电沉积法制备:
[0059] a.各取适量的原材料Y(NO3)3 WH2O(AR)、NdCl3 (AR)、NbCl5 (AR),用去离子水溶解, 配置成 10OmT, Y3+、Nd3+、Nb5+溶液各为 0· 15mmol/L、0. 15mmol/L、0. 15mmol/L〇
[0060] b.每次电化学实验时,预通队气IOmin除0 2气,并保持电解池的N 2气氛条件,然 后进行测量,所有实验均在室温条件下进行。
[0061] c. Eu-Fe-Mo氰桥混配物修饰电极的制备:制备Eu-Fe-Mo氰桥混配物修饰玻璃碳 电极时,采用三电极系统:以钼丝为辅助电极,饱和甘汞(SCE)电极为参比电极。将玻璃碳 电极(Φ = 3mm)依次用0. 3 μ m和0. 05. μ HiAl2O3,悬浊液抛光至镜面,分别用无水乙醇和水 超声清洗各 lmin。将处理好的电极置于 m(Eu3+) : m(Mo042_) : Hi(K3Fe(CN)6) : m(C6H4(C00)2 HK) =12 : 3 : 3 : 1,另加适量0.5mol/L KN031%曲通和0.2mol/L-氯乙酸缓冲溶液,调 节pH = 1. 83并定容于50mL容量瓶的修饰液中,以84mV/s的扫描速率在-0. 28~0. 54V (起 扫电位0. 50V)的电位范围内扫描2圈进行修饰。修饰后的电极另置于0. 16mol/L磷酸氢 二钾中,在0~I. 2V的电位范围内CV扫描使电极达到稳定,最后将电极取出用二次蒸馏水 冲洗、备用。
[0062] d. Y3_xNdxNb07(0. 5彡X彡1)复合修饰光电极的制备:Y3_xNdxNb07(0. 5彡X彡1)复 合修饰光电极的制备采用恒电位沉积法。以制备好的氰桥混配物修饰电极为工作电极,按 一定比例各取一定体积的Y 3+、Nd3+、Nb5+溶液,另外加适量的柠檬酸钠和硫酸钠分别作为络 合剂和支持电解质,同时也加入HNO 3以作为氧供体。用盐酸调节电镀液的pH值在1. 5~ 1. 7之间,定容于25. OmL的沉积液中,在搅拌条件下,于-0. 38eV处以恒电位方式单次沉积 8s,累积重复沉积16次,即可得到Y3_xNd xNb07(0. 5彡X彡1)复合修饰光电极。
[0063] 4、光催化反应系统的建立方法
[0064] 4. 1降解污染物光催化反应系统的建立
[0065] 降解污染物实验采用的新型光催化反应器由氙灯和卤灯光源、石英玻璃器件、 电源控制器、钢罩、泵、循环冷却水系统、各种通水管路器件等材料构成。利用上述制备 的新型粉末状Y3-xNdxNb07(0. 5 < X < 1)及Y 3_xNdxNb07(0. 5 < X < 1)-沸石复合催化材 料作为催化剂,在可见光照射下降解废水中的目标污染物。光源为500W氙灯,选择水中 典型难降解有机污染物辛硫磷、亚甲基兰和磺胺甲恶唑作为目标污染物。实验过程中, 将Y 3_xNdxNb07 (0. 5彡X彡1)或Y3_xNdxNb07 (0. 5彡X彡1)-沸石复合催化材料0. 8g,放入 300mL辛硫磷、亚甲基兰和磺胺甲恶唑水溶液中形成悬浮体系,污染物溶液的初始浓度为 0.03mmol Γ1,初始pH值为7。选取500W的氙灯照射亚甲基兰溶液,配上截止滤光片(λ > 420nm)。入射光光照强度为4. 76 X IO-6Einstein L4S'实验过程中,用磁力搅拌器和充 氧曝气的方式维持催化剂粉末呈悬浮状态。整个光照反应在密闭不透光的环境下进行。光 催化降解水中有机污染物辛硫磷、亚甲基兰和磺胺甲恶唑过程中,结合GC-MS、LC-MS、HPLC、 GC、TOC等现代分析仪器探索Y3_xNdxNb07 (0. 5彡X彡1)-沸石-可见光优化组合技术降解 目标有机污染物过程中的光催化量子效率、目标污染物的降解效率、反应动力学、光催化氧 化的协同效应,鉴定目标污染物在光催化降解过程中的中间产物和最终产物,探讨其光催 化降解机理。
[0066] 4. 2光催化分解水光催化反应系统的建立
[0067] 在密闭的由多个阀门控制的玻璃管路内部照明反应器内进行分解水制取氢气实 验,照射光源采用
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