CN107930633A - 一种新型SrTiO3/Cu2O结复合纳米材料的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
一种新型SrTiO3/Cu2O结复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将钛酸(四)异丙酯和六水合氯化锶分别用酸溶解后，混合后调节pH为3～4，加热至90℃,保温3小时；然后加热至400～500℃，保温4～6小时；获得SrTiO3催化剂；在35℃下，将二水合醋酸铜搅拌溶于二醇甲醚中，搅拌，并超声处理60分钟，然后加入SrTiO3催化剂，搅拌，加入氢氧化钠溶液，调节pH值为10～14，50℃搅拌10分钟；加入足量葡萄糖溶液，反应1～1.5小时；冷却至室温，离心分离得到沉淀固体，即得。本发明的SrTiO3/Cu2O异质复合催化剂中SrTiO3和Cu2O形成异质结，有利于电子和空穴的分的应用，该异质结催化剂在可见光下降解有机染料废水，特别是亚甲基蓝有机溶液的光催化降解效率达到92％。
Description
技术领域
本发明属于光催化材料领域，具体为一种新型光SrTiO3/Cu2O结复合纳米材料的制备及应用。
背景技术
近年来，我国的染料工业快速发展，据不完全统计，我国每天排放各种染料污水约90-100万吨，染料废水已成为环境重点污染源之一。染料行业品种繁多，工艺复杂，其废水中含有大量的有机物，具有高CODCr，色泽深，酸碱性强等特点，一直是废水处理中的难题。于是开发新型水处理材料和新型工艺，控制有毒有机污染物已成为环境领域亟待解决的关键问题之一。经过几十年的广泛深入研究发现利用ZnO、TiO2等半导体可发生光催化使将有机污染物完全转化分解成CO2、H2O等无机小分子物质，且反应条件温和，能耗低，安全无毒，操作简便，被视为一种理想的高效、低耗的绿色环境治理技术而受到环境专家的关注。
SrTiO3是一类以TiO2为基础开发出的半导体材料，在光解水产氢和有机物矿化领域有着广泛的应用(Yan Jian Hui，J.A.Com.，472(2009)429-433)。SrTiO3的禁带宽度为3.4eV，主要吸收紫外光，但是，在太阳光谱中紫外光(420nm以下)不到5％，而波长为420～750nm的可见光占到43％，因此，为了有效利用太阳光，研究在紫外-可见光下具有高效光催化活性的催化材料非常有意义，寻求廉价、具有高性能的紫外-可见光光催化材料将是光催化发展进一步走向实用化的必然趋势。先前的报道多为针对SrTiO3单体的研究，Chang等(Chia-Hao Chang，Materials Letters，60(1)：129-132)利用Cr掺杂的方法，使SrTiO3出现可见光响应，对亚甲蓝的降解能力大幅提高，为拓展其光吸收范围提供了良好的思路。Takeshi等(Takeshi Toshima，Cryst.Growth Des.，2008，8(7)：2066-2069)通过特殊的晶体生长控制方法，制备了多棱立体结构的钙钛矿型SrTiO3，在吸光特性、晶体结构方面产生了新的特性。Yuan等(RS Yuan，ACSCatal.，2011，1(3)：200-206)研究了表面氯修饰的TiO2及一些钛基复合材料，证明其在光催化降解方面有着显著的提升。据文献报道，氧化亚铜(Cu2O)属于P型半导体，禁带宽度约为2.2ev，吸收波长为563.nm，能吸收可见光，可以将太阳光转化为电能或化学能，因此氧化亚铜在太阳光照射下即可发生光催化反应，是一种极具潜能的光催化剂。本文将以纳米异质结理论为思路，结合SrTiO3与Cu2O的能带匹配特征，构建SrTiO3/Cu2异质结复合型材料。
公开号为CN102698787A的中国发明专利公开了一种新型固相法制备高活性、大比表面积光催化剂的方法，它涉及CN/SrTiO3复合光催化剂的方法，催化剂的制备方法如下：将钛酸丁酯、Sr(NO3)3、柠檬酸溶于乙二醇中，混合得溶液；将溶液经超声处理和微波处理后得到溶胶，将溶中脱水形成凝胶，将凝胶烧成粉末，将粉末研磨后，在600～1000℃的温度下焙烧8～15h，得到SrTiO3前驱物；将SrTiO3前驱物和尿素，混合并研磨后，焙烧得到粗产物，将粗产物洗涤、干燥得到复合光催化剂。该发明所得的产物分散性好，使用时不需要酸性条件，50min中内可将罗丹明B完全降解，用于分解水制氢和光降解有机物等方面。
公开号为CN103949200A的发明专利公开了一种NiFe2O4/Cu2O磁性复合物的制备方法，获得的复合物对于硝基苯酚溶液的光催化降解效率达到61.18％。但是，在现有的文献中都制备工艺比较复杂，耗费较长的时间，制备的催化剂颗粒较大，比表面积较小，光催化降解效率低等一些不足。
开号为CN103464133A的中国发明专利公开了一种新型SrTiO3/TiO2复合光催化材料的制备方法及其应用。该催化剂采用共沉淀法合成SrTiO3，再利用溶胶凝胶法将其掺入到TiO2中最后再利用浸渍法进行表面氯化改性，即得到新型复合光催化剂。制备方法的具体操作步骤如下：按质量比18％，将SrTiO3粉末加入到150ml钛胶中，剧烈搅拌24h，微波烘干；马弗炉400-500℃烧结3-5h，即得到SrTiO3/TiO2复合光催化材料；取1g复合物浸入到2ml浓盐酸中，于暗处密封静置24h，随后在通风橱中开口放置，直至盐酸基本挥发完全，最后50-60℃烘干即可。该复合催化剂具有催化活性高、适用性广以及稳定性好的特点。在紫外条件下，新型材料的气相光催化性能相比纯TiO2有了极大的提高，在大气污染治理、水处理等方面拥有巨大的潜力
公开号为CN10106964338A的中国发明专利公开了一种新型WO3/SrTiO3复合光催化材料的制备方法及其应用。公开号为CN105817217A的中国发明专利公开了SrTiO3/石墨烯复合催化剂及制备方法和应用。研究表明，石墨烯与光催化材料复合可以作为电子传递介质提高半导体中光生电子的迁移速率，降低载流子的复合儿率，提高半导体材料的光催化量子效率。
近年来研究人员围绕SrTiO3进行了大量的研究工作，但是相关的专利和技术都存在催化效率低，到目前为止，还没有SrTiO3/Cu2O异质复合催化剂的报道。
发明内容
为解决现有技术存在的SrTiO3的复合催化剂催化效率低仍旧比较低的缺陷，本发明提供一种SrTiO3/Cu2O异质复合催化剂。
一种新型SrTiO3/Cu2O结复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
1)、将钛酸(四)异丙酯和六水合氯化锶分别溶解于醋酸中和柠檬酸中并搅拌10～20分钟；
2)、将钛酸(四)异丙酯溶液和六水合氯化锶溶液混合，搅拌均匀后，调节pH为3～4，加热至90℃,保温3小时，然后转移至反应釜中；
3)将反应釜加热至400～500℃，保温4～6小时；将获得粉末固体分离、洗涤、烘干，得到SrTiO3催化剂；
4)、在35℃下，将二水合醋酸铜搅拌溶于二醇甲醚中，搅拌10～20分钟，并超声处理60分钟，得到醋酸铜溶液；
5)、向4)中加入3)所得的SrTiO3催化剂，搅拌10～20分钟，加入氢氧化钠溶液，调节pH值为10～14，50℃搅拌10分钟；
6)、加入足量葡萄糖溶液，反应1～1.5小时；冷却至室温，离心分离得到沉淀固体；
7)、将6)所得的沉淀固体用清水洗净，烘干后干燥，制得SrTiO3/Cu2O结复合纳米材料。
进一步的，所述步骤(5)中的SrTiO3催化剂的加入量与溶液中醋酸铜的摩尔比为3:2～1:4。优选的，SrTiO3催化剂的加入量与溶液中醋酸铜的摩尔比为2～1。
进一步的，所述步骤(6)中葡萄糖的加入量与溶液中醋酸铜的摩尔比为1:1-1:1.5。
进一步的，所述步骤(1)中钛原子和锶原子的摩尔比为1:1。
进一步的，所述步骤(4)中二水合醋酸铜溶液的浓度为0.1摩尔每升。
进一步的，所述步骤(1)中醋酸的浓度为2摩尔每升，柠檬酸的浓度为4摩尔每升。
有益效果：本发明的SrTiO3/Cu2O异质复合催化剂中SrTiO3和Cu2O形成异质结，有利于电子和空穴的分的应用，该异质结催化剂在可见光下降解有机染料废水，特别是亚甲基蓝有机溶液的光催化降解效率达到92％。
附图说明
图1为SrTiO3/Cu2O的XRD的图谱
图2为SrTiO3/Cu2O复合纳米颗粒的SEM图片
图3为SrTiO3/Cu2O的Uv-Vis的图谱。
图4为SrTiO3/Cu2O异质结复合纳米材料对亚甲基蓝溶液的降解效果。
具体实施方式
实施例
一种新型SrTiO3/Cu2O结复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
1)、称量钛酸(四)异丙酯2.8422g溶于24毫升的醋酸溶液，并不断的搅拌10～20分钟，同时加入20mL的去离子水；
称取六水合氯化锶2.6662g分别溶解于4mol/l的柠檬酸，并搅拌10～20分钟；
2)、将钛酸(四)异丙酯溶液和六水合氯化锶溶液混合，搅拌均匀后，调节pH为3.5，加热至90℃,保温3小时，然后转移至反应釜中；
3)将反应釜加热至400～500℃，保温5小时；将获得粉末固体分离、洗涤、烘干，得到SrTiO3催化剂；
4)、在35℃下，将1.9965g二水合醋酸铜搅拌溶于100mL二醇甲醚中，搅拌15分钟，并超声处理60分钟，得到0.1摩尔每升的醋酸铜溶液；
5)、向4)中加入3)所得的SrTiO3催化剂0.9173g，搅拌15分钟，加入0.04g/mL的氢氧化钠溶液24mL,调节pH值为10，50℃搅拌10分钟；
6)、加入0.05g/mL葡萄糖溶液24mL，反应1小时；冷却至室温，离心分离得到沉淀固体；
7)、将6)所得的沉淀固体用清水洗净，80℃真空烘箱中干燥8小时，制得SrTiO3/Cu2O结复合纳米材料。
本实施制备的SrTiO3/Cu2O的XRD的图谱分析如图1所示。对本实施制备的SrTiO3/Cu2O的SEM分析检测，结果如图2所示，复合纳米颗粒的大小约500～1.5μm。对本实施制备的SrTiO3/Cu2O的紫外可见光谱分析，结果如图3所示。
取0.5g实施例中制备的SrTiO3/Cu2O，加入至到100mL,20mg/L的亚甲蓝溶液中，置于500W的紫外可见灯下进行光催化反应，光源离反应液面距离为20cm。光催化60分钟后1SrTiO3/1Cu2O的效果最好降解率达到了92％，如图4所示，图4显示出，当SrTiO3/Cu2O结复合纳米材料中SrTiO3或者Cu2O的摩尔比对复合纳米材料的催化性能影响很大，并非二者以任意比例混合，均能够具有较好的催化效果，其中，以SrTiO3与Cu2O的摩尔比1:1时SrTiO3/Cu2O异质结复合纳米材料的催化性能最优。
Claims (8)
1.一种新型SrTiO3/Cu2O结复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、将钛酸(四)异丙酯和六水合氯化锶分别溶解于醋酸中和柠檬酸中并搅拌10～20分钟；
2)、将钛酸(四)异丙酯溶液和六水合氯化锶溶液混合，搅拌均匀后，调节pH为3～4，加热至90℃,保温3小时，然后转移至反应釜中；
3)将反应釜加热至400～500℃，保温4～6小时；将获得粉末固体分离、洗涤、烘干，得到SrTiO3催化剂；
4)、在35℃下，将二水合醋酸铜搅拌溶于二醇甲醚中，搅拌10～20分钟，并超声处理60分钟，得到醋酸铜溶液；
5)、向4)中加入3)所得的SrTiO3催化剂，搅拌10～20分钟，加入氢氧化钠溶液，调节pH值为10～14，50℃搅拌10分钟；
6)、加入足量葡萄糖溶液，反应1～1.5小时；冷却至室温，离心分离得到沉淀固体；
7)、将6)所得的沉淀固体用清水洗净，烘干后干燥，制得SrTiO3/Cu2O结复合纳米材料。
2.如权利要求1所述的新型SrTiO3/Cu2O结复合纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中的SrTiO3催化剂的加入量与溶液中醋酸铜的摩尔比为3:2～1:4。
3.如权利要求1所述的新型SrTiO3/Cu2O结复合纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中的SrTiO3催化剂的加入量与溶液中醋酸铜的摩尔比为2～1。
4.如权利要求1所述的新型SrTiO3/Cu2O结复合纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中葡萄糖的加入量与溶液中醋酸铜的摩尔比为1:1-1:1.5。
5.如权利要求1所述的新型SrTiO3/Cu2O结复合纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中钛原子和锶原子的摩尔比为1:1。
6.如权利要求1所述的新型SrTiO3/Cu2O结复合纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中二水合醋酸铜溶液的浓度为0.1摩尔每升。
7.如权利要求1所述的新型SrTiO3/Cu2O结复合纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中醋酸的浓度为2摩尔每升，柠檬酸的浓度为4摩尔每升。
8.权利要求1-7任一项所述的新型SrTiO3/Cu2O结复合纳米材料在处理染料废水有机污染物中的应用。
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