八羧基酞菁铁敏化二氧化钛催化剂及其合成方法_2

文档序号:9819730阅读:来源:国知局
r>[0030] 图3是材料的X畑谱图;
[0031] 图4是材料催化剂化吸附-脱附曲线图和粒径分布图;
[0032] 图5是八簇基献菁铁敏化二氧化铁前后(上图为敏化前,下图为敏化后)Ti〇2纳米 颗粒的沈M图;
[0033] 图 6是 Ti〇2、FePc(COOH)8、FePc(COOH)8/Ti〇2 的巧光光谱图;
[0034] 图 7是Ti〇2、FePc(COOH)8、FePc(COOH)8/Ti〇2 的DRS 图;
[0035] 图8是XPS光谱图,其中,(A)Ti〇2和化化(COOH)8/Ti〇2的XPS全光谱;(B)Ti〇2和Fe化 (COOH)8/Ti〇2中Ti化的XPS光谱;(C)Fe化(COOH)S中Ols的XPS光谱;(D)Fe化(COOH)8/Ti〇2中 Ols的XPS光谱;化)FePc(COOH)S中Nls的XPS光谱;(F)化化(COOH)8/Ti〇2中Nls的XPS光谱;
[0036] 图9是光催化降解反应装置图,其中a:氧气,b:水循环,C:揽拌器,d:升降台,e:氣 灯光源;
[0037] 图 10 是 Ti〇2、FePc(COOH)8、FePc(COOH)s/Ti〇2 对 RB(6.5mg/L)的光催化效果对比 图;
[0038] 图11是不同粒径Fe化(COOH) s/Ti化催化剂在相同条件下对RB的降解趋势图(催化 剂:0.05g,RB浓度:6.5mg/L,体积 1 OOmL);
[0039] 图12是不同粒径Ti化催化剂在相同条件下对RB的降解速率分布图;
[0040] 图 13 是 Ti〇2、FePc(COOH)8、FePc(COOH)s/Ti〇2 对 MB(20mg/L)的光催化效果对比图;
[0041 ] 图14是化化(C00H)8/Ti化对MB的光催化降解反应速率图;
[0042] 图15是不同粒径化化(C00H)8/Ti化催化剂在相同条件下对MB的降解趋势图;
[0043] 图16是不同粒径Ti化催化剂在相同条件下对MB的降解速率分布图;
[0044] 图17是Fe化(C00H)8/Ti化光催化剂对不同有机染料的光降解作用(初始浓度为RB C〇 = 6.5mg/L,MB C〇 = 20mg/L,NR C〇 = 17mg/X,AR C〇 = 30mg/L,MG C〇 = 84mg/L);
[0045] 图18是化化(C00H)8/Ti化光催化剂对不同有机染料的光降解动力学曲线图;
[0046] 图19是催化剂降解RB(6.5mg/L)的循环利用实验数据图。
【具体实施方式】
[0047] 下面通过具体实施例,对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解,本发 明的实施并不局限于下面的实施例,对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落 入本发明保护范围。
[0048] 在本发明中,若非特指,所有的份、百分比均为重量单位,所采用的设备和原料等 均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法,如无特别说明,均为本领域的常 规方法。
[0049] 实施例:
[0050] 1、八基献菁铁的合成
[0051] 八簇基献菁铁合成的具体步骤如下:将均苯四甲酸酢、尿素和六水合=氯化铁按 摩尔比为l:25:0.25进行混合,再加入催化剂钢酸锭(催化剂的用量一般为1.02X10-3mol 每摩尔4-簇基邻苯二甲酸酢),将上述反应物加入到研鉢中混合均匀,充分研磨。再置于 250mLS颈烧瓶中在180°C反应0.化,待反应物溶解后升溫至240°C继续反应地。得到的黑色 固体产物用6mol/L盐酸浸泡12h,过滤,滤饼在80-90°C蒸馈水中揽拌30min后过滤,重复此 揽拌过滤操作直至过滤液无固体析出。将过滤残留物烘干后,转移至SOOmL烧瓶中,向其中 加入2.0mol/L的氨氧化钢饱和的氯化钢溶液,直至检测不到氨气放出,在100°C条件下反应 8-lOh。在反应过程中补加饱和溶液保持溶液总量不变,反应结束后,用蒸馈水稀释,抽滤。 用浓盐酸调节滤液pH含3,待沉淀全部析出后,过滤,再依次用蒸馈水、甲醇、丙酬清洗固体 产物。真空干燥,得到2,3,9,10,16,17,23,24-八簇基铁献菁粗产物。
[0052] 粗产物进行提纯,将上述粗产物倾倒入10倍质量数的浓硫酸中,揽拌使其完全溶 解,50-55°C水浴中加热揽拌化。冷却至室溫后慢慢倾倒入10倍浓硫酸体积的蒸馈水中,并 不断揽拌,加热煮沸,静置过夜。过滤,滤饼转入烧杯中,加入适量的蒸馈水煮沸5-lOmin,冷 却后离屯、分离。沉淀物用热蒸馈水洗涂至无 S042-,并分别用乙醇、丙酬作洗涂剂,超声波粉 碎洗涂,离屯、分离。产物在60°C真空干燥,得到2,3,9,10,16,17,23,24-八簇基铁献菁纯产 物。
[0053] 还有另一种献菁粗产物提纯方法:将2,3,9,10,16,17,23,24-八簇基铁献菁粗产 物〇.2g溶解于50mL体积的二甲基亚讽(DMSO)的溶液中,在溶解过程中可适当加热W促进其 溶解速度。溶解完成后,过滤掉多余的固体残渣,将DMSO的清液置于200°C的鼓风干燥箱中, 将溶剂蒸发,析出的固体即八簇基献菁铁的纯化品。对其研磨,黑暗条件下保存。八簇基铁 献菁的合成过程反应式为:
[0054]
[005引2、2,3,9,10,16,17,23,24-八簇基献菁铁敏化二氧化铁
[0056] 敏化剂制备的具体步骤是:取300mL二氧化铁的水溶液(Ig/L)磁力揽拌lOmin,然 后再超声30min。再配制IOmL 5Xl〇-3mol/dm3的八簇基献菁铁的二甲基亚讽溶液,WFe化 (COOH)S的DMSO溶液逐滴加入二氧化铁水溶液中,此过程持续揽拌。待滴加完成后再继续揽 拌12h,W达到Fe化(COOH)S尽量能浸溃到二氧化铁上。反应结束后,对悬浊液进行离屯、分 离,对所得固体分别用水、甲醇、丙酬清洗=次。最后对产物真空烘箱60°C干燥。
[0057] 材料特性表征
[0058] 1对材料进行紫外(UV-Vis)和红外(FI-IR)定性分析
[0059] 八簇基献菁铁的紫外可见光谱的分析和四簇基献菁铁相同,在688nm处的吸收峰 是Q带吸收峰,是由于aiu(n)^eg(3T*)电子跃迁造成的;在351nm处的吸收峰是B带吸收峰,是 由于a2u(n)^eg(3i*)的电子跃迁造成的。其中Q带和B带是由于31^31*跃迁的结果,也是判断 化合物是否具有献菁类大环结构化合物的紫外依据。由图1中紫外可见光谱图可W看出,合 成的化合物符合献菁类化合物的结构要求。
[0060] 在图2中,图a、b、c分别为空白二氧化铁、八簇基献菁铁、八簇基献菁铁敏化二氧化 铁的红外光谱图。在C中出现了 1358cnfi,1078cnfi,862cnfi,761cnfi,附近的为献菁环的特征 吸收峰。在1672cnfi附近的峰为八簇基献菁铁中簇基VC=O的振动吸收峰;在1362cnfi附近的 峰献菁铁簇基中VC-O特征振动峰。综上所述,在敏化后样品C中依然能看到除二氧化铁特征 峰之外的八簇基献菁铁的各个特征吸收峰和振动峰,运表明八簇基献菁铁已经负载到二氧 化铁表面上。
[0061] 2对材料的X射线衍射(XRD)表征和化吸附-脱附曲线表征分析
[0062] 图4给出了化的吸附-脱附平衡曲线,从图4中可W看出,曲线类型是第IV型介孔材 料吸附-脱附平衡曲线类型。在Ti化的平衡曲线中,比表面积为58.36mVg,孔粒径平均为 10.0 nm。对比化化(COOH)s/Ti〇2的平衡曲线,比表面积减少到51.73mVg,结合粒径分布图, 八簇基献菁铁敏化二氧化铁前后,粒径并没有发生很大的变化,大部分的纳米颗粒的粒径 仍然是集中在10.Onm左右。从另一方面来看,二氧化铁较大的比表面积能为和献菁充分接 触提供了更多的位点,能更好的促进光催化反应的进行。由图3中XR的普图可W看出,Ti〇2的 晶型是锐铁矿型,对比图可判断,在化化(COOH)s/Ti化中既没有改变Ti化的晶型,又有四簇 基献菁铁
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