專利名稱::光催化凈水材料MoO<sub>3</sub>的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
:本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域,具體是一種光催化凈水材料Mo03納米材料的制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù):
:近年來,水污染的控制與治理已成為人類急需解決的重要問題。染料廢水是公認(rèn)的較難處理的工業(yè)廢水之一,特別是含陽離子型難生化降解的染料廢水,本身對(duì)微生物產(chǎn)生毒害作用,而采用混凝處理效果也不理想,故多采用Fenton氧化等高級(jí)氧化技術(shù)處理或預(yù)處理,但這些降解技術(shù)反應(yīng)復(fù)雜且需消耗其它化學(xué)物質(zhì)。以半導(dǎo)體材料作為光催化劑進(jìn)行的光催化氧化-還原反應(yīng),以其獨(dú)特的性能成為一種具有廣闊應(yīng)用前景及最為有效的環(huán)境污染治理新技術(shù)之一。光催化氧化-還原技術(shù)是利用太陽光或其它光作為能源,在常溫常壓下將有機(jī)污染物完全氧化至C02、H20及無毒產(chǎn)物,而催化劑自身又可重復(fù)利用的技術(shù),是近年來國際上最為活躍的研究領(lǐng)域之一。此方法能處理多種污染物,適用范圍廣,特別是對(duì)難降解的有機(jī)染料有很好的氧化分解作用。光催化技術(shù)具有操作簡單,無二次污染等突出優(yōu)點(diǎn),在環(huán)保方面有相當(dāng)誘人的應(yīng)用前景。該領(lǐng)域的研究方興未艾,其中高效催化材料是目前的研究前沿之一。Mo03本身具有較強(qiáng)的表面吸附性能,在光催化領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。除用于光催化降解有機(jī)污染物外,Mo03作為一種n型半導(dǎo)體氧化物,還可用做光催化抗菌材料。目前國內(nèi)外對(duì)光催化劑的研究主要集中在納米材料方面,如納米Ti02、ZnO、CdS等。采用納米材料作催化劑具有粒徑小、密度小、比表面積大、反應(yīng)活性高、選擇性強(qiáng)等許多優(yōu)點(diǎn)。但納米材料做催化劑由于其顆粒小,易懸浮于水中而很難分離。粒徑較大的催化劑,雖易于分離,但催化活性又較低。解決這一矛盾的方法一般采用對(duì)納米催化劑進(jìn)行負(fù)載的辦法,但往往催化活性會(huì)受到一定程度的影響。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供光催化凈水材料Mo03的制備方法及其應(yīng)用。采用表面活性劑模板法實(shí)現(xiàn)了納米顆粒的自組裝;利用Mo03納米材料自身的光催化性能,在降解廢水中的有機(jī)物的同時(shí)達(dá)到凈化水質(zhì)的效果。所得到的Mo03納米催化劑可循環(huán)使用,具有處理效果好,穩(wěn)定性高,使用成本低,無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下光催化凈水材料Mo03的制備方法,其特征在于室溫下,制備鉬酸銨水溶液,向其中添加表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨,混合均勻;攪拌下滴加稀鹽酸溶液,至出現(xiàn)大量沉淀,收集沉淀物,反復(fù)洗滌、干燥,制得前驅(qū)物;焙燒前驅(qū)物,獲得光催化凈水材料Mo03。所述的洗滌采用丙酮洗滌,所述的干燥是指在5(^C下干燥,所述的焙燒是指400。C焙燒前驅(qū)物。光催化凈水材料Mo03的制備方法,其特征在于室溫下,制備鉬酸銨水溶液,向其中添加表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨,混合均勻;攪拌下滴加稀鹽酸溶液,至出現(xiàn)大量沉淀,收集沉淀物,反復(fù)洗滌、干燥,制得前驅(qū)物;焙燒前驅(qū)物,獲得光催化凈水材料Mo03。所述的洗滌采用丙酮洗滌,所述的干燥是指在50QC下干燥,所述的焙燒是指40(TC焙燒前驅(qū)物。光催化凈水材料Mo03的應(yīng)用,其特征在于用于含有機(jī)染料的廢液的處理。將光催化凈水材料Mo03放入含有機(jī)染料的廢液中,只需太陽光照射,光催化凈水材料Mo03即能使有機(jī)染料催化降解。通大氣條件下對(duì)有機(jī)染料的催化降解率更高。將本發(fā)明制備的Mo03納米材料進(jìn)行脫色率測定將5mg的本發(fā)明制備的Mo03納米材料與未自組裝的Mo03納米材料分別添加入有機(jī)染料溶液,對(duì)20mg/L的有機(jī)染料原溶液和脫色后的溶液進(jìn)行了紫外-可見(UV-vis)光譜分析。觀察有無光照條件下染料加入Mo03樣品后的顏色變化,測定光照前后溶液的吸光度,進(jìn)而計(jì)算Mo03的脫色率<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>(A為脫色后的吸光度,A。為原溶液的吸光度)UV-vis光譜測量表明Mo03納米顆粒與本發(fā)明制備的Mo03微米棒的光脫色性能相近(表);將自組裝的Mo03微米棒反復(fù)循環(huán)使用5次,其脫色率基本未變。由此可見,這種自組裝的Mo03微米棒作為有機(jī)染料脫色的光催化劑性能穩(wěn)定,可重復(fù)使用。實(shí)驗(yàn)中,本發(fā)明制備的微米棒在光催化反應(yīng)后約3小時(shí)即開始沉降,而未組裝的Mo03納米顆粒需要3天才開始沉降,且Mo03納米顆粒不易從溶液中分離,需要離心分離。顯見,納米顆粒組裝成的Mo03微米棒容易沉降分離,便于循環(huán)使用,是理想的染料脫色催化劑。表光照下正交相Mo03對(duì)各種染料的催化脫色率(D%)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>本發(fā)明中Mo03催化劑制備方法簡單,光催化凈水效率高,具有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。附圖為本發(fā)明制備的自組裝Mo03微米棒的掃描電鏡照片。具體實(shí)施方式納米Mo03材料的合成室溫下,稱取4.023g的鉬酸銨溶于40inL蒸餾水中,混合均勻,滴加2.0mL左右的6mol/L的鹽酸,邊滴加邊攪拌至出現(xiàn)大量沉淀。抽濾,所得沉淀用無水乙醇或丙酮洗滌2-3遍,50。C干燥,制得前驅(qū)物。在40(TC下對(duì)前驅(qū)物進(jìn)行熱處理,獲得產(chǎn)物。通過XRD檢測可知其為正交相Mo03。光催化凈水材料Mo03的制備方法反應(yīng)條件與上述實(shí)驗(yàn)基本一致,只是先添加0.004-0.006g的表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)于反應(yīng)液中,再滴加稀鹽酸進(jìn)行溶液酸化。所的沉淀用丙酮反復(fù)洗滌,千燥后的前驅(qū)物在400'C下焙燒3h,獲得自組裝產(chǎn)物。XRD檢測證明其為正交相Mo03。光催化凈水實(shí)驗(yàn)多相光催化過程主要分為兩類氣-固相光催化和液-固相光催化,前者用于氧化的物種是02,后者用于氧化的主要物種是H20。實(shí)例1.對(duì)20mg/L的結(jié)晶紫染料溶液的光催化降解實(shí)驗(yàn)將5mg的Mo03催化劑加入10mL此染料溶液中,在敞口試管中進(jìn)行太陽光照射。以Mo03納米顆粒為催化劑在光照lh后,CODcr去除率為77.3e/。,相同條件下以自組裝的Mo03微米棒為催化劑,CODo去除率為91.9W。顯然,自組裝的后Mo03材料對(duì)有機(jī)染料的光降解性能有明顯的提高。將自組裝的Mo03微米棒回收后反復(fù)循環(huán)使用5次,其CODcr去除率基本未變,說明這種Mo03微米棒作為有機(jī)染料降解的光催化劑性能穩(wěn)定,可重復(fù)使用。實(shí)例2.對(duì)20mg/L的剛果紅染料溶液的光催化降解實(shí)驗(yàn)將5mg的自組裝的MoO3催化劑加入10mL此染料溶液中,在敞口試管中進(jìn)行太陽光照射l小時(shí),剛果紅溶液的脫色率達(dá)到91.5%,相應(yīng)的CODcr去除率為80。/。。當(dāng)催化過程中僅光照不通大氣時(shí),剛果紅溶液的脫色率僅為23%,相應(yīng)的CODcr去除率降為12。/。。由此證實(shí)在剛果紅催化脫色過程中02有助于其光催化降解。實(shí)例3.利用結(jié)晶紫、鹽酸奈爾藍(lán)、羅丹明B、番紅花紅T、剛果紅染料的混合溶液模擬染料廢水(其濃度為20mg/L)進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)將5mg的自組裝的Mo03催化劑加入10mL此染料溶液中,在敞口試管中進(jìn)行太陽光照射1小時(shí)。結(jié)果顯示該催化劑對(duì)各有機(jī)染料的脫色率均達(dá)到80%以上,對(duì)模擬染料.廢水的CODCr去除率可達(dá)到94.7%,并且BOD5去除率亦達(dá)到97.2%。權(quán)利要求1、光催化凈水材料MoO3的制備方法,其特征在于室溫下,制備鉬酸銨水溶液,向其中添加表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨,混合均勻;攪拌下滴加稀鹽酸溶液,至出現(xiàn)大量沉淀,收集沉淀物,反復(fù)洗滌、干燥,制得前驅(qū)物;焙燒前驅(qū)物,獲得光催化凈水材料MoO3。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的光催化凈水材料Mo03的制備方法,其特征在于所述的洗滌采用丙酮洗滌,所述的干燥是指在50QC下干燥,所述的焙燒是指400'C焙燒前驅(qū)物。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述方法所制得的光催化凈水材料Mo03的應(yīng)用,其特征在于用于含有機(jī)染料的廢液的處理。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的光催化凈水材料Mo03的應(yīng)用,其特征在于只需太陽光照射,光催化凈水材料Mo03即能使有機(jī)染料催化降解。5、根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的光催化凈水材料Mo03的應(yīng)用,其特征在于通大氣條件下對(duì)有機(jī)染料的催化降解率更高。全文摘要本發(fā)明公開了一種光催化凈水材料MoO<sub>3</sub>的制備方法及其應(yīng)用,是在室溫下,先制備鉬酸銨水溶液,向其中添加表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨,混合均勻;攪拌下滴加稀鹽酸溶液,至出現(xiàn)大量沉淀,收集沉淀物,反復(fù)洗滌、干燥,制得前驅(qū)物;焙燒前驅(qū)物,獲得光催化凈水材料MoO<sub>3</sub>??捎糜诤袡C(jī)染料的廢液的處理,對(duì)各有機(jī)染料的脫色率均達(dá)到80%以上,對(duì)模擬染料廢水的COD<sub>Cr</sub>去除率可達(dá)到94.7%,并且BOD<sub>5</sub>去除率亦達(dá)到97.2%。本發(fā)明中催化劑制備方法簡單,光催化凈水效率高,具有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。文檔編號(hào)C02F1/30GK101125683SQ200710024038公開日2008年2月20日申請(qǐng)日期2007年7月14日優(yōu)先權(quán)日2007年7月14日發(fā)明者宋繼梅,媛胡申請(qǐng)人:安徽大學(xué)