介孔复合光催化材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光催化复合材料制备领域，特别涉及一种嵌入硫化镉量子点的介孔二 氧化钛复合光催化材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着国内工业化的粗放式发展和社会的迅速发展，工业及城市废弃物排放的增 加，水体污染的问题日益突出。一些微量的难降解有机污染如内分泌干扰化学物质m)Cs (Endocrine Disrupting Chemicals)、持久性有机污染物 POPs (Persistent Organic Pollutants)、药物及个人护理品 PPCPs (Pharmaceutical and Personal Care Products) 等不能够被常规传统的水处理系统有效去除，而二氧化钛无毒、性能稳定，是一种重要的无 机材料，其具有较高的折光系数和稳定的物理化学性能，并且具有抗化学和光腐蚀、光催 化活性高、对水污染物中有机物降解无选择性、矿化彻底、无二次污染等优点，TiO 2被广泛 地用来光解水、杀菌和制备太阳能敏化电池等，特别是在环境保护方面，TiO2作为光催化剂 更是展现了广阔的应用前景。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种嵌入硫化镉量子点的介孔二氧化钛复合光催化材料的 制备方法，用以满足解决环境问题的要求。
[0004] 本发明是这样来实现的，具体制备方法如下： (1) 称取LOg三嵌段共聚物普朗尼克P123,将其溶解在15ml无水乙醇中，室温下搅拌 0. 5h，然后超声处理10min，超声功率为200W，得到P123/乙醇混合溶液； (2) 在另一烧杯中将3. 2ml的浓盐酸逐滴加到4. Og的钛酸四正丁酯TBOT中，并加入 Cd(NO3)2 ? 4H20,随后加入与Cd(NO3)2 ? 4H20等摩尔的Na2S ? 9H20,得到混合溶液； (3) 将步骤（1)得到的P123/乙醇混合溶液与步骤（2)得到的混合溶液混匀，室温下 搅拌6-8h，得到溶胶溶液，将合成的溶胶溶液倒入一个敞开的培养皿中，保持环境湿度为 50% - 60%，于室温下静置30天，溶胶溶液变为湿粉末； (4) 将步骤（3)得到的湿粉末在200°C下煅烧4h来稳定结构； (5) 将步骤（4)煅烧后的粉末在乙二胺水溶液中回流48h，温度保持在125°C，PH调节 在11 一 12,回流完毕后离心，并用去离子水洗涤沉淀，洗涤后的沉淀在60°C干燥12h ; (6) 将步骤（5)干燥后的粉末先研磨，然后在350°(：下N2中煅烧3h使介孔结构稳定； (7) 将步骤（6)煅烧后的粉末在500°C下空气中煅烧2h来去除三嵌段共聚物普朗尼克 P123,即得硫化镉/二氧化钛复合光催化材料。
[0005] 本发明通过对二氧化钛中加入硫化镉量子点，使该复合材料具有优良的光催化性 能，制备出综合性能优越的光催化材料。关于CdS/TiOj^研究虽然很多，但是大部分都是 用于降解一些结构不稳定的染料，并且本身结构不稳定。一少部分虽然性能好，但是制备方 法繁琐。而本发明提供的制备方法简单易行，通过普通实验室就可以实现，并且产品能降解 多种染料，性能稳定，循环五次仍可保持原有的催化性能。
[0006] 本发明的优点：本发明从复合材料的角度出发，将硫化镉量子点嵌入到二氧化钛 中，制备出一种复合光催化材料。这种复合光催化材料与纯二氧化钛相比，在模拟太阳光下 具有更强的光催化性能。具有较高的折光系数和稳定的物理化学性能，并且抗化学和光腐 蚀、光催化活性较高。此外，还有较好的稳定性，通过循环五次降解甲基橙，其催化效果也没 有丝毫减弱，循环三次后，在可见光下仍能降解甲基橙。因此，该复合材料在光解水、杀菌和 制备太阳能敏化电池等方面，特别是在环境保护方面，有着广阔的应用前景。
[0007]
【附图说明】
[0008] 图1为实施例1-6制得的产物和二氧化钛在模拟太阳光下用于降解50ml IOPPm 的甲基橙溶液的降解曲线图； 图2为50mg实施例2制得的CdSztiO2分别降解亚甲基蓝、玫瑰红、双酚A和孔雀石绿 的降解曲线图； 图3为50mg实施例2制得的CdS/Ti02循环降解50mlIOppm甲基橙的降解曲线图。【具体实施方式】
[0009] 下面通过实施例对本发明作进一步说明。
[0010] 实施例1 (1) 称取LOg三嵌段共聚物普朗尼克P123,将其溶解在15ml无水乙醇中，室温下搅拌 0. 5h，然后超声处理lOmin，超声功率为200W，得到P123/乙醇混合溶液； (2) 在另一烧杯中将3. 2ml的浓盐酸逐滴加到4. Og的钛酸四正丁酯TBOT中，并加入 0? 0225g Cd(NO3)2 ? 4H20 (将 Cd(NO3)2 ? 4H20 折合成 CdO 的质量，使 CdOAiO2的质量比为 1%)，随后加入0. 〇176g的Na2S ? 9H20,得到混合溶液； (3) 将步骤（1)得到的P123/乙醇混合溶液与步骤（2)得到的混合溶液混匀，室温下 搅拌6-8h，得到溶胶溶液，将合成的溶胶溶液倒入一个敞开的培养皿中，保持环境湿度为 50% - 60%，于室温下静置30天，溶胶溶液变为湿粉末； (4) 将步骤（3)得到的湿粉末在200°C下煅烧4h来稳定结构； (5) 将步骤（4)煅烧后的粉末在乙二胺水溶液中回流48h，温度保持在125°C，PH调节 在11一12,回流完毕后离心，并用去离子水洗涤沉淀，洗涤后的沉淀在60°C干燥12h; (6) 将步骤（5)干燥后的粉末先研磨，然后在350°(：下N2中煅烧3h使介孔结构稳定； (7) 将步骤（6)煅烧后的粉末在500°C下空气中煅烧2h来去除三嵌段共聚物普朗尼克 P123,即得硫化镉/二氧化钛复合光催化材料。
[0011] 取50mg本实施例制得的硫化镉/二氧化钛复合光催化材料在模拟太阳光下用于 降解50ml IOPPm的甲基橙溶液，75min后，降解率达100%。
[0012] 实施例2 步骤（2)是在另一烧杯中将3. 2ml的浓盐酸逐滴加到4. Og的钛酸四正丁酯TBOT中， 并加入 0? 0451g Cd (NO3) 2 ? 4H20 (将 Cd (NO3) 2 ? 4H20 折合成 CdO 的质量，使 CdOAiO2的质量 比为2%)，随后加入0. 0351g的Na2S ? 9H20,得到混合溶液； 其余步骤同实施例1; 取50mg本实施例制得的硫化镉/二氧化钛复合光催化材料在模拟太阳光下用于降解 50ml IOPPm的甲基橙溶液，30min后，降解率达100%。
[0013] 实施例3 步骤（2)是在另一烧杯中将3. 2ml的浓盐酸逐滴加到4. Og的钛酸四正丁酯TBOT中， 并加入 0?0902gCd (NO3) 2 ? 4H20 (将 Cd (NO3) 2 ? 4H20 折合成 CdO 的质量，使 CdOAiO2的质量 比为4%)，随后加入0.0702g的Na2S? 9H20,得到混合溶液； 其余步骤同实施例1 ; 取50mg本实施例制得的硫化镉/二氧化钛复合光催化材料在模拟太阳光下用于降解 50ml IOPPm的甲基橙溶液，60min后，降解率达100%。
[0014] 实施例4 步骤（2)是在另一烧杯中将3.2ml的浓盐酸逐滴加到4.Og的钛酸四正丁酯TBOT中， 并加入0? 1804gCd(NO3) 2?4H20(将 Cd(NO3) 2?4H20折合成 CdO 的质量，使 CdOAiO2的质量 比为8%)，随后加入0? 1404g的Na2S?9H20,得到混合溶液； 其余步骤同实施例1 ; 取50mg本实施例制得的硫化镉/二氧化钛复合光催化材料在模拟太阳光下用于降解 50ml IOPPm的甲基橙溶液，65min后，降解率达100%。
[0015] 由上述实施例可知，当加入的镉含量折合成氧化镉使Cd0/Ti02的质量比为2%时，该复 合材料的催化性能最好。
[0016] 试验例1 :取50mg实施例2制得的0(^/1102在模拟太阳光下分别用于降解50ml 5mg/ L的亚甲基蓝、50ml IOppm的玫瑰红、50ml IOppm的双酸A和50ml 20ppm的孔雀石绿，其 结果如下： 50mg该催化剂降解50ml 5mg/L的亚甲基蓝30min降解率达100%。
[0017] 50mg该催化剂降解50ml IOppm的玫瑰红30min降解率达100%。
[0018] 50mg该催化剂降解50ml IOppm的双酸A 75min降解率达100%。
[0019] 50mg该催化剂降解50ml 20ppm的孔雀石绿15min降解率达100%。
[0020] 试验例2 :50mg实施例2制得的CdS/Ti(VlS^；i拟太阳光下用于降解50ml IOppm的甲 基橙，经过五次循环后，降解率仍能在30min时几乎可达100%，甲基橙残留几乎为0,降解率 数据详见表1，表1中Ct为甲基橙经实施例2制得的CdSztiO 2降解后的残留量，C。为甲基 橙未经实施例2制得的CdS/Ti02降解的原始含量。
[0021] 表1 实施例2制得的CdSztiO2S过五次循环后的降解率比较
【主权项】
1. 一种CdS/Ti02介孔复合光催化材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤： (1)称取LOg三嵌段共聚物普朗尼克P123,将其溶解在15ml无水乙醇中，室温下搅拌 0. 5h，然后超声处理lOmin，超声功率为200W，得到P123/乙醇混合溶液； (2)在另一烧杯中将3. 2ml的浓盐酸逐滴加到4. Og的钛酸四正丁酯TBOT中，并加入 Cd(NO3)2 ? 4H20,随后加入与Cd(NO3)2 ? 4H20等摩尔的Na2S ? 9H20,得到混合溶液； (3) 将步骤（1)得到的P123/乙醇混合溶液与步骤（2)得到的混合溶液混匀，室温下 搅拌6-8h，得到溶胶溶液，将合成的溶胶溶液倒入一个敞开的培养皿中，保持环境湿度为 50% - 60%，于室温下静置30天，溶胶溶液变为湿粉末； (4) 将步骤（3)得到的湿粉末在200°C下煅烧4h来稳定结构； (5) 将步骤（4)煅烧后的粉末在乙二胺水溶液中回流48h，温度保持在125°C，PH调节 在11一12,回流完毕后离心，并用去离子水洗涤沉淀，洗涤后的沉淀在60°C干燥12h ; (6) 将步骤（5)干燥后的粉末先研磨，然后在350°(：下N2中煅烧3h使介孔结构稳定； (7) 将步骤（6)煅烧后的粉末在500°C下空气中煅烧2h来去除三嵌段共聚物普朗尼克 P123,即得硫化镉/二氧化钛复合光催化材料。2. 根据权利要求1所述的一种CdS/TiO 2介孔复合光催化材料的制备方法，其特征在 于：所述的步骤（2)中Cd(NO3) 2 ? 4H20的用量为：将Cd(NO3)2 ? 4H20折合成CdO的质量，使 CdOAiO2的质量比为1%、2%、4%或8%。
【专利摘要】本发明提供一种CdS/TiO2介孔复合光催化材料的制备方法。本发明以钛酸四正丁酯TBOT、Cd(NO3)2·4H2O、Na2S·9H2O为主要原料采用蒸发诱导自组装（EISA）的方法一步制备出硫化镉/二氧化钛介孔复合光催化材料。并利用模拟太阳光对所制备出的材料进行性能测试，通过降解甲基橙、玫瑰红、双酚A、孔雀石绿等有机染料和污染物来证明该材料超常的光催化性能。循环五次降解甲基橙后，光催化活性仍保持不变。该复合材料属于无机光催化材料，该复合材料性能稳定，光催化活性较高，并且抗化学和光腐蚀，在光解水、杀菌、制备太阳能敏化电池和环境保护等方面有重要意义。
【IPC分类】B01J21/06, C02F103/30, B01J27/04, C02F101/38, C02F1/30
【公开号】CN105107489
【申请号】CN201510523355
【发明人】谢宇, 周盼盼, 胡冬生, 郭若彬, 凌云
【申请人】南昌航空大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月25日