专利名称：多组分多孔分级结构可见光催化剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种光催化剂的制备方法，尤其涉及一种多组分多孔分级结构的可见光催化剂的制备方法
背景技术：
工业文明带给人类更多便利和舒适生活的同时，也造成了环境污染问题。因此，如何制备能够促进污染物有效、快速降解的新型环保材料一直是人们关注的重点话题。近年来，光催化氧化技术在环境污染物治理方面显示出诱人的应用前景。气宗，二氧化钛材料具备可见光透过性好、吸收紫外光性能强、化学活性高等特点，因此在太阳能储存与利用、光催化转换及有机污染物氧化降解的环境处理及新型材料的制备等方面有着独特的优势。但其自身也有一定的局限性，即由于TiO2的禁带宽度约在3.2eV，只能利用太阳光中的紫外光部分，由于紫外光部分在太阳光谱中不到5%，因此提高太阳光中可见光部分(占太阳光总能量约50%)的吸收效率，是提高TiO2光电催化效率的有效途径。由大带隙的半导体和导带能级更负的小带隙半导体进行复合，在可见光下，小带隙半导体由于禁带宽度较小，可受可见光激发产生导带电子，并可将电子从小带隙半导体的导带注入到大带隙的半导体的导带，随后发生催化反应，这样就可以使催化剂实现有效地利用占太阳光总能量较多的可见光。因此，本领域的技术人员致力于开发一种可以实现能有效利用可见光的复合材料，从而提高光催化剂的催化效率。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能有效利用可见光的可见光催化剂。为实现上述目的，本发明提供了一种多组分多孔分级结构可见光催化剂及其制备方法。本发明的制备方法工艺简单灵活，绿色环保，所需的原材料容易得到、成本低廉；根据本发明的制备方法制得的催化剂在可见光下能有效地催化降解有机污染物。—方面，本发明提供了一种多组分多孔分级结构可见光催化剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤:I)以三维多孔分级结构为模板，并对模板进行预处理；2)将预处理后的模板放入金属盐前驱液中进行浸溃处理；3)取出浸溃后的产物并依次经过清洗，干燥，煅烧处理，制得具有三维多孔分级结构的金属氧化物材料，并以此作为基体材料；4)对上述基体材料进行浸泡沉积处理，在金属氧化物基体上沉积复合半导体纳米材料；经过清洗，干燥，制得多组分多孔分级结构的可见光催化剂。在本发明的制备方法中，所述模板为具有多孔分级结构的生物材料，优选为蛋膜，但不限于此。在本发明的具体实施方式
中，步骤2)中的金属盐前驱液是指一种金属盐溶液，优选地为无机物盐类，例如氯化物盐类、硫酸盐类等，但不限于此；其中，所述盐类优选为钛盐，但不限于此。在本发明的较佳实施方式中，步骤I)中所述的预处理包括以下步骤:取所述三维多孔分级结构模板，在无水酒精中反复漂洗干净并晾干。优选地，步骤2)中所述的浸溃是指:将预处理后的模板静置于金属盐前驱液中1-1Oh后取出。在本发明的另一较佳实施方式中，步骤3)中所述的清洗是指:将样品先用乙醇水溶液洗，再用去离子水洗净。步骤3)中所述的干燥是指:常温避光，自然干燥。优选地，步骤3)中所述的烧结是指:将干燥后的样品置于氧化炉中，以10-36° C/min的升温速率从室温升至500-800° C，保温90min后随炉冷却至室温。在本发明的具体实施方式
中，优选地，步骤4)所述的沉积是指:先将金属氧化物基底浸溃于半导体材料的前驱体金属盐浸溃溶液中，此处所述盐类优选为氯化物盐类、硫酸盐类，但不限于此；所述的前驱体金属盐浸溃溶液优选为镉、锡的盐溶液，但不限于此。在本发明的较佳实施方式中，步骤4)中所述的清洗是指:在每一步浸溃反应之前将上一步产物用去离子水清洗若干遍。优选地，步骤4)中所述的干燥是指:常温通风、避光自然干燥。另一方面，本发明提供了一种根据如上制备方法制得的多组分多孔分级结构可见光催化剂。本发明通过对三维多孔模板进行预处理，将预处理后的模板经初步浸溃后，经清洗、干燥、烧结，再浸溃等简便易行处理步骤，从而制得了相应的多组分多孔分级结构的复合材料。目前，本技术领域的光催化材料的制备方法复杂，成本较高。而本发明所涉及的光催化材料为金属氧化物基复合材料，因此其制备方法简单灵活，成本低廉，原料取材方便、易得；且在可见光下具有优良的光催化性能效率，可有效降解有机污染物。因此，根据本发明制备方法制得的多组分多孔分级结构的复合材料作为可见光催化剂在环境保护等领域有较广泛的应用及发展前景。以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
图1是本发明的实施例1中以蛋膜为模板制得的多组分多孔分级结构可见光催化剂的SEM图；图2是本发明的实施例1中以蛋膜为模板制得的多组分多孔分级结构可见光催化剂在可见光下的催化效果曲线图。
具体实施例方式在本发明的较佳实施例中，采用初步浸溃后，经清洗、干燥、烧结，再浸溃等简便易行处理步骤，制备了多组分多孔分级结构的可见光催化剂。实施例1
将市售鸡蛋的壳洗净，剥离出蛋膜。将蛋膜洗净，干燥，保存备用。再将蛋膜浸溃于由钛酸四正丁酯、无水乙醇、浓盐酸按照12:3:1的比例混合而成的溶液中。浸溃10小时后取出，先用无水酒精清洗，再用去离子水清洗，自然干燥后，将其放于氧化炉中进行煅烧处理，以36° C/min的升温速度从室温升至500° C保温90min后随炉冷却至室温，得到二氧化钛基体。向0.03mol/L的CdCl2中逐滴加入浓氨水直至溶液从出现白色浑浊到溶液重新变澄清，得到镉盐浸溃前驱液。将基体材料放入该镉盐浸溃前驱液中浸溃4.5h后取出，用去离子水清洗后放入0.03mol/L的Na2S溶液中浸泡0.5h后取出，再用去离子水洗净，自然干燥。经过上述步骤，得到以三维多孔结构的二氧化钛为基体并沉积硫化镉纳米层的多组分多孔分级结构的可见光催化剂材料。其中二氧化钛晶粒尺寸约为5nm，硫化镉晶粒的尺寸约为4nm。如图1所示，所制得的三维多孔分级结构的可见光催化复合材料保留了原始蛋膜的三维多孔分级结构。将适量产物置于100mg/L罗丹明B溶液中，并在可见光照射下每隔IOmin取样，在554nm处测量其吸光度，其吸光度大小与染料浓度成正比，从而可以反映染料降解情况，即催化剂的催化作用。根据样品吸光度值的变化可求得其降解率(Π)，得到如图2所示的催化效果曲线。从图2中可看出，经过一段时间后，所制得的三维多孔分级结构的可见光催化剂对有机染料有较明显的降解作用。实施例2将市售鸡蛋的壳洗净，剥离出蛋膜。将蛋膜洗净，干燥，保存备用。将蛋膜浸溃于由钛酸四正丁酯、无水乙醇、浓盐酸按照12:3:1的比例混合而成的溶液中。浸溃10小时后取出，先用无水酒精清洗，再用去离子水清洗，自然干燥后，将其放于氧化炉中进行煅烧处理，以36° C/min的升温速度从室温升至800° C保温90min后随炉冷却至室温，得到二氧化钛基体。向0.03mol/L的CdCl2中逐滴加入浓氨水直至溶液从出现白色浑浊到溶液重新变澄清，得到镉盐浸溃前驱液。将基体材料放入该镉盐浸溃前驱液中浸溃4.5h后取出，用去离子水清洗后放入0.03mol/L的Na2S溶液中浸泡0.5h后取出，再用去离子水洗净，自然干燥。经过上述步骤，得到以三维多孔结构的二氧化钛为基体并沉积硫化镉纳米层的多组分多孔分级结构的可见光催化剂。其中二氧化钛晶粒尺寸约为7nm，硫化镉晶粒的尺寸约为4.5nm。并且，所制得的多组分多孔分级结构可见光催化剂对机染料也有着较明显的降解作用。实施例3将市售鸡蛋的壳洗净，剥离出蛋膜。将蛋膜洗净，干燥，保存备用。将蛋膜浸溃于由钛酸四正丁酯、无水乙醇、浓盐酸按照12:3:1的比例混合而成的溶液中。浸溃10小时后取出，先用无水酒精清洗，再用去离子水清洗，自然干燥后，将其放于氧化炉中进行煅烧处理，以18° C/min的升温速度从室温升至500° C保温90min后随炉冷却至室温，得到二氧化钛基体。向0.03mol/L的CdCl2中逐滴加入浓氨水直至溶液从出现白色浑浊到溶液重新变澄清，得到镉盐浸溃前驱液。将基体材料放入该镉盐浸溃前驱液中浸溃4.5h后取出，用去离子水清洗后放入0.03mol/L的Na2S溶液中浸泡0.5h后取出，再用去离子水洗净，自然干燥。经过上述步骤，得到以三维多孔结构的二氧化钛为基体并沉积硫化镉纳米层的多组分多孔分级结构的可见光催化剂。其中二氧化钛晶粒尺寸约为5nm，硫化镉晶粒的尺寸约为
4.5nm。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
权利要求
1.一种多组分多孔分级结构可见光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)以三维多孔分级结构为模板，并对模板进行预处理； 2)将预处理后的模板放入金属盐前驱液中进行浸溃处理； 3)取出浸溃产物并依次经过清洗，干燥，煅烧处理，制得具有三维多孔分级结构的金属氧化物材料，以此作为基体材料； 4)对所述基体材料进行浸泡沉积处理，在金属氧化物基体上沉积复合半导体纳米材料；经过清洗，干燥，制得多组分多孔分级结构的可见光催化剂； 其中，所述模板为具有多孔分级结构的生物材料。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述模板为蛋膜。
3.如权利要求1所述的方法，其中，步骤2)所述的金属盐前驱液是指金属盐的无机物盐溶液。
4.如权利要求3所述的方法，其中，步骤2)所述的金属盐前驱液是指氯化钛溶液。
5.如权利要求1所述的方法，其中，步骤2)所述的浸溃指:将预处理后的模板静置于所述金属盐前驱液中1-1Oh后取出。
6.如权利要求1所述的方法，其中，步骤3)所述的烧结是指:将干燥后的样品置于氧化炉中，以10-36° C/min的升温速率从室温升至500-800° C，保温90min后随炉冷却至室温。
7.如权利要求1所述的方法，其中，步骤4)所述的沉积是指:先将金属氧化物基底浸溃于半导体材料的前驱体金属盐浸溃溶液中； 所述前驱体金属盐浸溃溶液为镉或锡的氯化物盐或硫酸盐。
8.如权利要求1所述的方法，其中，步骤4)所述的清洗指，每一步浸溃反应之前将上一步产物用去离子水清洗若干遍。
9.如权利要求1所述的方法，其中，步骤4)所述的干燥是指:常温通风、避光自然干燥。
10.根据上述任一权利要求所述的方法制备得到的多组分多孔分级结构可见光催化剂。
全文摘要
本发明公开了一种多组分多孔分级结构可见光催化剂的制备方法，包括以下步骤对三维多孔结构的天然生物材料进行预处理用做模板；通过模板过程制备三维多孔分级结构的金属氧化物纳米材料作为基体；在金属氧化物基体上沉积复合半导体纳米材料，最终制得具有多组分多孔分级结构纳米复合材料。本发明方法可广泛选择三维分级结构的生物材料为模板，其工艺简单灵活，成本低廉，可通过调控工艺参数和不同的模板结构等来获得纳米复合材料。本发明方法制得的复合材料用作可见光催化剂，该复合材料能实现在可见光照射下对有机污染物进行快速有效降解，其在环境保护等领域有重要应用前景。
文档编号B01J35/10GK103143400SQ20131010289
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者苏慧兰, 石一杉, 张荻, 高婧, 王心瑶 申请人:上海交通大学