一種采用自模板法制備納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用自模板法制備納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料的方法，屬于環(huán)境污染治理中的光催化【技術(shù)領(lǐng)域】。通過改變反應(yīng)溫度、加入氨水的量等條件可調(diào)控硫化鎘納米環(huán)的產(chǎn)量。所制備的硫化鎘結(jié)構(gòu)特征為空心環(huán)狀，尺寸較為均一，較好的分散性，且具有較大的比表面積和較好的光學(xué)性能，可用作可見光領(lǐng)域的良好光催化劑。本法操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，成本低廉，適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】一種采用自模板法制備納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境污染治理中的光催化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種采用自模板法制備納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，中空納米結(jié)構(gòu)材料，比如納米環(huán)，中空納米粒子和核殼納米粒子，已經(jīng)受到了科學(xué)研究界和工程應(yīng)用界的廣泛關(guān)注。相關(guān)高效的中空結(jié)構(gòu)合成方法已經(jīng)被報(bào)道，比如常規(guī)硬模板法、犧牲模板法、軟模板法和無模板法。相比于傳統(tǒng)的模板法，自模板法中的模板將會(huì)成為最終產(chǎn)物的一部分或者是生成產(chǎn)物的前驅(qū)體。在眾多中空結(jié)構(gòu)中，納米環(huán)由于其特殊的形貌而受到了格外的重視，使其在催化反應(yīng)、材料科學(xué)、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域展示了廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]光催化技術(shù)可以直接利用太陽能降解有機(jī)污染物，成為現(xiàn)在科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。目前主要的光催化劑有Ti02、CdS等。由于CdS價(jià)格低廉、制備方法簡(jiǎn)易、具有良好的可見光吸收效果而受到了廣泛的基礎(chǔ)研究。作為I1-VI族經(jīng)典的直接帶隙半導(dǎo)體，CdS禁帶寬度較窄(2.4eV)，具有高效的可見光催化效果。科學(xué)工作者們合成出了大量不同形貌的CdS，包括納米粒子、中空納米球、納米線納米片、納米球和納米復(fù)合材料。一般方法合成的CdS納米粒子更容易團(tuán)聚、形成大的粒子，降低了粒子的有效比表面積，光電子與空穴的復(fù)合率較高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種采用自模板法制備納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料的方法，其制備過程簡(jiǎn)便、無需復(fù)雜設(shè)備、反應(yīng)速度較快，反應(yīng)條件溫和且易于控制。
[0005]本發(fā)明的目的可通過如下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0006]采用自模板法制備納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料的方法，以水作為溶劑，加入鎘源和硫源，在堿性條件下加熱反應(yīng)后自然冷卻至室溫，將所得的沉淀洗滌后真空冷凍干燥即得到納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度和加入氨水量等因素可以控制產(chǎn)物硫化鎘的形貌和產(chǎn)率，所述的采用自模板法制備的納米環(huán)狀硫化鎘催化材料為中空納米環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述的納米環(huán)狀硫化鎘催化材料中鎘與硫的元素物質(zhì)的量比為1:1，所述納米環(huán)的直徑為200 - 650nm之間。其具體制備步驟為:
[0007](I)配制摩爾濃度為0.lmmol/L的氯化鎘水溶液和0.lmmol/L的硫脲溶液；
[0008](2)將30mL硫脲溶液和15mL氯化鎘溶液加入到150mL去離子水中，然后機(jī)械攪拌使體系分散均一；
[0009](3 )向上述體系中滴加3_5mL濃氨水(28wt%)，并加熱體系至40-80 V，在攪拌下反應(yīng) 1.5h ;
[0010](4)上述反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫。分離收集產(chǎn)物，用去離子水和乙醇分別洗滌數(shù)遍后，冷凍干燥24h，即得到納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料。[0011]上述的一種采用自模板法制備納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料用于光催化降解有機(jī)污染物亞甲基藍(lán)和羅丹明B。
[0012]本發(fā)明所提供的一種采用自模板法制備納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料，由于其具有中空結(jié)構(gòu)的納米環(huán)，分散性較好，比表面積較大，因此具有較好的降解有機(jī)污染亞甲藍(lán)和羅丹明B光催化性能。另外，本發(fā)明的一種采用自模板法制備納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料的方法，反應(yīng)條件溫和，工藝簡(jiǎn)單，重現(xiàn)性好，制備成本低，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的納米環(huán)狀硫化鎘結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的納米環(huán)狀硫化鎘結(jié)構(gòu)的投射電子顯微鏡示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的納米環(huán)狀硫化鎘光催化劑在黑暗(曲線a)和光照(曲線b)對(duì)照下，采用波長(zhǎng)大于420nm的可見光催化降解有機(jī)污染物羅丹明B的活性情況；
[0016]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2制備的納米環(huán)狀硫化鎘結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡示意圖；
[0017]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2制備的納米環(huán)狀硫化鎘光催化劑在黑暗(曲線a)和光照(曲線b)對(duì)照下，采用波長(zhǎng)大于420nm的可見光催化降解有機(jī)污染物羅丹明B的活性情況。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1
[0019]稱取0.228mg的硫脲溶解于30mL去離子水中，配制成摩爾濃度為0.lmmol/L的硫脲溶液；稱取0.343mg的氯化鎘(CdCl2.2.5Η20)溶解于15mL去離子水中，配制成摩爾濃度為0.lmmol/L的氯化鎘溶液；向三口瓶中分別加入150mL去離子水、15mL上述0.lmmol/L的氯化鎘溶液和30mL上述0.lmmol/L的硫脲溶液,加熱至65°C攪拌體系至均勻,然后逐滴滴加4mL的濃氨水(28wt%)，反應(yīng)1.5h。上述反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫。分離收集產(chǎn)物至50mL的離心管中，用去離子水和乙醇分別反復(fù)洗滌數(shù)遍后，取底部沉淀物在真空冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥24h，即得到納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料。
[0020]采用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(儀器型號(hào)SUPRA55，生成廠家ZEISS)對(duì)所制備的硫化鎘光催化劑進(jìn)行觀察，其結(jié)構(gòu)如圖1所示:硫化鎘光催化劑為納米環(huán)狀結(jié)構(gòu)，直徑約在200nm到650nm之間。所制備的納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料既具有較高的產(chǎn)率，又具有較好的形貌和分散性。
[0021]應(yīng)用實(shí)施例1
[0022]將實(shí)施例1所得的納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料在可見光下進(jìn)行光催化降解有機(jī)污染物羅丹明B，同時(shí)以黑暗條件為對(duì)照條件，具體如下:
[0023] 稱取IOOmg納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料，加入到IOOmL羅丹明B(RhB)溶液(IOmg/L)中，在黑暗環(huán)境中磁力攪拌30min以達(dá)到RhB和CdS之間的吸附解析平衡，然后用300W氙燈(PLS-SXE300C，光輸出=50W)照射催化反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中使用420nm截止濾波片(UVCUT420)過濾氙燈所產(chǎn)生的紫外線。每隔30min從體系中取樣離心分離，并利用紫外可見分光光度計(jì)(UV，Shimadzu UV-2500PC)測(cè)量不同反應(yīng)時(shí)間RhB的濃度(測(cè)量波長(zhǎng)530nm)，監(jiān)測(cè)光催化反應(yīng)情況。
[0024]實(shí)施例2[0025]稱取0.228mg的硫脲溶解于30mL去離子水中，配制成摩爾濃度為0.lmmol/L的硫脲溶液；稱取0.343mg的氯化鎘(CdCl2.2.5Η20)溶解于15mL去離子水中，配制成摩爾濃度為0.lmmol/L的氯化鎘溶液；向三口瓶中分別加入150mL去離子水、15mL上述0.lmmol/L的氯化鎘溶液和30mL上述0.lmmol/L的硫脲溶液，加熱至75°C攪拌體系至均勻，然后逐滴滴加4mL的濃氨水(28wt%)，反應(yīng)1.5h。上述反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫。分離收集產(chǎn)物至50mL的離心管中，用去離子水和乙醇分別反復(fù)洗滌數(shù)遍后，取底部沉淀物在真空冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥24h，即得到納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料。
[0026]米用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(儀器型號(hào)SUPRA55,生成廠家ZEISS)對(duì)所制備的硫化鎘光催化劑進(jìn)行觀察，其結(jié)構(gòu)如圖2所示:硫化鎘光催化劑為納米環(huán)狀結(jié)構(gòu)，直徑約在200nm到650nm之間。所制備的納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料既具有較高的產(chǎn)率，又具有較好的形貌和分散性。
[0027]應(yīng)用實(shí)施例2
[0028]將實(shí)施例2所得的納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料在可見光下進(jìn)行光催化降解有機(jī)污染物羅丹明B，同時(shí)以黑暗條件為對(duì)照條件，具體如下:
[0029]稱取IOOmg納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料，然后加入到IOOmL羅丹明B溶液(IOmg/L)中，在黑暗環(huán)境中磁力攪拌30min以達(dá)到RhB和CdS之間的吸附解析平衡，然后用300W氙燈(PLS-SXE300C，光輸出=50W)照射催化反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中使用420nm截止濾波片(UVCUT420)過濾氙燈所產(chǎn)生的的紫外光線。每隔30min從體系中取樣離心分離，并利用紫外可見分光光度計(jì)(UV，Shimadzu UV-2500PC)測(cè)量不同反應(yīng)時(shí)間RhB的濃度(測(cè)量波長(zhǎng)530nm)，監(jiān)測(cè)光催化反應(yīng)情況。
[0030]上述實(shí)例僅為本發(fā)明構(gòu)思的基本說明，任何依據(jù)本發(fā)明實(shí)例的等效變換產(chǎn)生的相同或近似的步驟和試劑，而得到的納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料的制備，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種采用自模板法制備納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料的方法，其特征在于采用自模板法制備納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料的方法，以水作為溶劑，加入鎘源和硫源，在堿性條件下加熱反應(yīng)后自然冷卻至室溫，將所得的沉淀洗滌后真空冷凍干燥即得到納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度和加入氨水量控制產(chǎn)物硫化鎘的形貌和產(chǎn)率；所述的采用自模板法制備的納米環(huán)狀硫化鎘催化材料為中空納米環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述的納米環(huán)狀硫化鎘催化材料中鎘與硫的元素物質(zhì)的量比為1:1，所述納米環(huán)的直徑為200 - 650nm之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用自模板法制備納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料的方法，其特征在于所述的納米環(huán)狀硫化鎘催化材料禁帶寬度為2.45eV。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種采用自模板法制備納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料的方法，其特征在于:具體包括如下制備步驟: (1)配制相同摩爾濃度的氯化鎘水溶液和硫脲溶液； (2)將30mL硫脲溶液和15mL氯化鎘溶液加入到150mL去離子水中，然后機(jī)械攪拌使體系分散均一； (3)向上述體系中逐滴加入3-5mL28wt%的濃氨水，加熱至40_80°C，在攪拌下反應(yīng)1.5h ； (4)上述反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫；分離收集產(chǎn)物，用去離子水和乙醇分別洗滌數(shù)遍后，冷凍干燥24h，得到納米環(huán)狀硫化鎘。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用自模板法制備納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料的方法，其特征在于:制備納米環(huán)狀硫化鎘光催化材料用于光催化降解有機(jī)污染物亞甲基藍(lán)和羅丹明B0
【文檔編號(hào)】C01G11/02GK103466689SQ201310424651
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】張欣欣, 何濤, 王麗萍, 王戈, 楊穆, 高鴻毅, 俞杰, 張曉偉 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)