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一种SrTiO3/SnCoS4高效光催化剂的制备方法及其应用龙8国际娱乐网址 

龙8国际娱乐网址 编号:22226131 阅读:27 留言:0更新日期:2019-10-09 01:06
本发明专利龙8国际娱乐网址 属于催化剂领域,涉及一种SrTiO3/SnCoS4光催化剂的制备方法及其应用。在持续搅拌下将NaOH加入到钛源和Sr(NO3)2的混合溶液中,充分搅拌后置于水热釜中加热,产物经洗涤和干燥得到SrTiO3;然后将SrTiO3加入SnCl4·5H2O、CoCl2·6H2O和L‑半胱氨酸混合溶液中,搅拌后置于水热釜内加热,产物经洗涤干燥后就可以得到SrTiO3/SnCoS4异质结光催化剂。该催化剂的制备工艺条件简单、环境友好、光催化活性高、成本低廉。解决了现有光催化降解效率低、光响应范围窄、催化剂不稳定、以及光生电子和空穴复合快等问题。

Preparation and application of a SrTiO3/SnCoS4 high-efficiency photocatalyst

【龙8国际娱乐网址 实现步骤摘要】
一种SrTiO3/SnCoS4高效光催化剂的制备方法及其应用
本专利龙8国际娱乐网址 属于催化剂制备领域,特别涉及一种SrTiO3/SnCoS4高效光催化剂的制备方法及其应用。
龙8国际娱乐网址 介绍
目前,印染、制药、农业等行业排放了大量废水,多具有致癌性,而自然降解缓慢,对人体健康和生态平衡产生了不利影响。有机染料废水中合成染料稳定性好,含盐度高,因而这类废水难以处理。为了解决废水处理问题,开展大量的研究工作,致力于开发新型龙8国际娱乐网址 以弥补常规龙8国际娱乐网址 的不足。如:吸附,生物处理,臭氧处理,膜分离龙8国际娱乐网址 、光降解等龙8国际娱乐网址 已经被研究处理染料废水。利用太阳光与半导体降解空气和水中有机污染物,是一种绿色龙8国际娱乐网址 ,已经引起了人们极大的兴趣。SrTiO3是很有前途的光催化剂之一。由于SrTiO3具有热稳定性、结构稳定性、耐光腐蚀性和优异的光催化活性。然而,SrTiO3的带隙较宽,Eg=3.2eV,只能被紫外光激发,而紫外光只占整个太阳光谱的约4%,利用率低。为了将其光吸收范围从紫外光扩展到可见光区域,改良SrTiO3的方法主要包括贵金属沉积、金属或非金属离子掺杂、以及与其它半导体材料复合。其中的很多方法成本高、稳定性低、光吸收效率低。近年来,发现构建具有适当能带结构的半导体异质结是一种有效提高光催化活性的方法。因为它有助于光生电子和空穴的移动和分离,从而提高整体效率。迄今为止,已经有许多研究关于通过构建基于SrTiO3的异质结光催化剂,来增强其降解有机污染物的光催化活性。例如:SrTiO3/CdS、SrTiO3/Bi2O3、Ag3PO4/SrTiO3、LaFeO3/SrTiO3。然而,这些SrTiO3基异质结光催化剂仍然有一些缺陷,如稳定性差,光生电子和空穴复合快等,其实际应用仍然是一个巨大的挑战。金属硫化物半导体材料,如MoS2、SnS2和CoS2,因其较窄的带隙,已经被广泛研究。最近,二元金属硫化物,如CdxZn1-xS和SnCoS4已经引起了人们的极大兴趣。但是金属硫化物和二元金属硫化物光催化剂在光照下,光生电子和空穴迅速复合,基本没有光催化活性。
龙8国际娱乐网址 实现思路
为了解决现有SrTiO3基异质结光催化剂可见光下光催化活性低、催化剂稳定性低、光生电子和空穴复合以及硫化物光催化材料中电子空穴对的复合等问题。本专利龙8国际娱乐网址 提供了一种SrTiO3/SnCoS4高效光催化剂材料的制备方法及应用,通过两步简单的水热法在纳米级的SrTiO3表面复合少量的SnCoS4,拓展SrTiO3的光响应范围至可见光区域,并有效抑制硫化物光催化材料中电子空穴对的复合,以及引入双金属离子Sn4+和Co4+的共存形成更加稳定和高效的电荷转移体系,从而提高其光催化降解有机染料的效率。本专利龙8国际娱乐网址 提供的一种高效光催化材料SrTiO3/SnCoS4是SrTiO3和SnCoS4经过二次水热法形成的异质结催化剂,该方法制备的SrTiO3和SnCoS4是聚集的球形纳米颗粒,SnCoS4以球形颗粒均匀的负载在SrTiO3表面,使表面积较大,有利于与溶液接触。第一步水热法合成SrTiO3,第二步在SrTiO3上负载SnCoS4,将SrTiO3粉末加入SnCl4·5H2O、CoCl2·6H2O和L-半胱氨酸的混合溶液,水热反应即可制得SrTiO3/SnCoS4光催化剂。该催化剂的制备方法如下:将钛源和Sr(NO3)2混合,然后滴加NaOH溶液,搅拌超声均匀后,将溶液置于水热釜中加热,冷却至室温,产品洗涤多次,真空干燥,即可得纳米级SrTiO3;将制备的SrTiO3粉末溶于SnCl4·5H2O、CoCl2·6H2O和L-半胱氨酸均匀混合溶液,搅拌超声充分混合后,装入水热反应釜后加热,洗涤多次,干燥,即可制得SrTiO3/SnCoS4光催化剂。具体制备工艺如下:步骤1:将钛源和Sr(NO3)2按照1:1-3的摩尔比混合,然后滴加35mL0.1-2mol/L的NaOH溶液,搅拌超声均匀后,将溶液置于水热釜中,在140-200℃下加热16-48h,冷却至室温,用去离子水洗、酸洗、乙醇洗涤多次,真空干燥,即可得SrTiO3粉末;步骤2:将制备的SrTiO3粉末、SnCl4·5H2O、CoCl2·6H2O和L-半胱氨酸按照化学计量比,溶于去离子水中,搅拌超声充分混合后,装入水热反应釜,在160-200℃下反应16-48h,自然冷却后将产物用去离子水和乙醇洗涤多次,真空干燥,即可制得SrTiO3/SnCoS4光催化剂。本专利龙8国际娱乐网址 首次将SrTiO3和二元金属硫化物SnCoS4经过二次水热的方法形成具有高催化活性的异质结。其中,所述钛源为钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯中的一种。所述制得的光催化剂中SnCoS4的质量为催化剂总质量的1-10%;SnCl4·5H2O、CoCl2·6H2O和L-半胱氨酸的摩尔比为1:1:3-8。第二步中SnCoS4的负载量会影响光催化剂的活性,负载量过多会造成团聚,光吸收差;过少,造成活性不足。由于SrTiO3只在紫外光下响应,紫外光只占太阳光的4%左右,导致SrTiO3的光利用率极低。而SnCoS4中光生电子和空穴会快速地复合。本专利龙8国际娱乐网址 方法将钙钛矿SrTiO3和双金属硫化物SnCoS4复合,形成异质结。由于SrTiO3的导带比SnCoS4的导带低,以及异质结的形成,光生电子很容易从SnCoS4转移至SrTiO3,光生电子和空穴能有效地分离,从而产生更多的空穴,提供了更多的活性中心。因此,将二元金属硫化物引入SrTiO3形成n-n异质结结构可以延长至可见光波长范围吸收,缩小带隙,抑制电子-空穴对的复合。本专利龙8国际娱乐网址 还提供了由上述方法制得的光催化剂SrTiO3/SnCoS4的应用,该光催化剂材料在可见光下具有高光催化活性,可用于降解有机染料废水,且SnCoS4的质量分数对催化剂催化活性有影响。本专利龙8国际娱乐网址 的高效光催化材料可以在可见光下降解有机染料。该催化材料中的SnCoS4质量分数能影响其光催化降解有机染料的效率,当SnCoS4质量分数为5%时,降解效率为最佳。有益效果:本专利龙8国际娱乐网址 与现有的光催化降解废水材料相比,具有以下优点:1.本专利龙8国际娱乐网址 的制备工艺简单、反应条件温和、原料价格低廉、能高效地利用太阳能,能满足大规模生产。2.本专利龙8国际娱乐网址 制得的新型光催化剂催化活性好,降解效率高,能有效地取代贵金属催化剂。3.本专利龙8国际娱乐网址 制备的SrTiO3/SnCoS4高效光催化剂属于异质结范畴,通过调节SnCoS4的质量分数,增强在可见光区域的吸收,以及SrTiO3和SnCoS4之间的电子转移,从而有效地提高其光催化降解有机染料的效率。4、本专利龙8国际娱乐网址 工艺条件简单,环境友好,光催化活性高、成本低廉;并且可以降解甲基橙和具有其他显色基团的有机染料,在含有机染料废水处理领域具有广泛的应用前景。附图说明图1为本专利龙8国际娱乐网址 实施例1制得的催化剂的透射电镜图像;图2为本专利龙8国际娱乐网址 实施例1制得的催化剂的高分辨透射电镜图像;图3为本专利龙8国际娱乐网址 实施例1制得的催化剂四次重复试验前后SrTiO3/SnCoS4复合材料的XRD图;图4为SrTiO3,SnCoS4和SrTiO3/SnCoS4复合材料的光致发光图;图5为不同催化剂的降解率图。具体实施方式实施例1将2.90g的Ti(C3H7O)4溶于20mL乙醇中,超声搅拌后,按照Ti(C3H7O)4与Sr(NO3)2的摩尔比为1:1将Sr(NO3)2溶液逐滴加

【龙8国际娱乐网址 保护点】
1.一种SrTiO3/SnCoS4光催化剂,其特征在于:所述的光催化剂为SrTiO3和SnCoS4形成的异质结催化剂,是聚集的球形纳米颗粒;所述的SrTiO3/SnCoS4光催化剂的制备方法步骤如下:(1)将钛源和Sr(NO3)2按照1:1‑3的摩尔比混合,然后向其中滴加35ml 0.1‑2 mol/L的NaOH溶液,搅拌超声均匀后,将溶液置于水热釜中,在140‑200℃下加热16‑48 h,冷却至室温,用去离子水洗、酸洗、乙醇洗涤,真空干燥,得到SrTiO3粉末;(2)将制备的SrTiO3粉末、SnCl4·5H2O、CoCl2·6H2O和L‑半胱氨酸按照化学计量比,溶于去离子水中,搅拌超声充分混合后,装入水热反应釜,在160‑200下反应16‑48 h,自然冷却后将产物用去离子水和乙醇洗涤,真空干燥,即可制得SrTiO3/SnCoS4光催化剂;所述制得的光催化剂中SnCoS4的质量为催化剂总质量的1‑10%。

【龙8国际娱乐网址 特征摘要】
1.一种SrTiO3/SnCoS4光催化剂,其特征在于:所述的光催化剂为SrTiO3和SnCoS4形成的异质结催化剂,是聚集的球形纳米颗粒;所述的SrTiO3/SnCoS4光催化剂的制备方法步骤如下:(1)将钛源和Sr(NO3)2按照1:1-3的摩尔比混合,然后向其中滴加35ml0.1-2mol/L的NaOH溶液,搅拌超声均匀后,将溶液置于水热釜中,在140-200℃下加热16-48h,冷却至室温,用去离子水洗、酸洗、乙醇洗涤,真空干燥,得到SrTiO3粉末;(2)将制备的SrTiO3粉末、SnCl4·5H2O、CoCl2·6H2O和L-半胱氨酸按照化学计量比,溶于去离子水中,搅拌超声充分混合...

【专利龙8国际娱乐网址 属性】
龙8国际娱乐网址 研发人员:马江权俞泳伟杨青左士祥高晓新陆致远郭俊姜清艳
申请(专利权)人:常州大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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