/CdS復合光催化劑常溫降解碳氫化合物的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米Ti02/CdS復合光催化劑常溫降解碳氫化合物(HC)的用途，屬于無機納米光催化材料領域。
【背景技術】
[0002]隨著我國城市化進程的快速發(fā)展，城市機動車保有量也在不斷攀升。據(jù)統(tǒng)計，2013年末全國民用汽車保有量達到1.37億輛。由此造成的城市交通擁堵和嚴重的環(huán)境污染，已成為制約城市社會和經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸之一。環(huán)境保護部發(fā)布的《2013年中國機動車污染防治年報》指出，2012年，全國機動車排放污染物4612.1萬噸，其中氮降解物(NOx) 640.0萬噸，顆粒物(PM) 62.2萬噸，碳氫化合物(HC) 438.2萬噸，一降解碳(CO) 3471.7萬噸。汽車尾氣排放是大氣污染物的主要貢獻者，其排放的NOx和PM超過90%，HC和CO超過70%。
[0003]常溫下這些汽車排放污染物的治理十分困難，污染物在大氣中有較長時間的穩(wěn)定時間，特別是HC幾乎無法自然分解。對HC進行降解(包括完全氧化與部分官能團化)是化學領域最富挑戰(zhàn)性的問題之一，均相、非均相及酶催化過程都被用來解決該問題。然而，溫和條件下的HC降解目前尚未有突出進展?？傊?，HC性能穩(wěn)定，在沒有外來能量輸入的條件下很難被降解。
[0004]目前光催化降解烴類污染物的研究已獲得越來越多的關注。H.Einaga等在2002年研究了濕潤空氣中T12光催化劑對甲苯、環(huán)己烯及環(huán)己烷等烴類有機物的降解，發(fā)現(xiàn)室溫下可將這些污染物降解為COx，但由于中間產(chǎn)物吸附在T12表面，因此降解效率較差。P.Zhang等利用O3輔助的T12光催化技術對室內(nèi)空氣中微量正己烷的去除率接近50%。D.Hesse等以T12為光催化劑，研究了紫外光下T12對甲烷、乙烷、乙烯和丙烯的光催化降解行為，T12在丙烯和乙烯的光催化降解方面表現(xiàn)出較好的光催化催化活性，但是對甲烷、乙烷等烷烴的光催化降解效果較差。Z.Zou等利用可見光催化劑GaN: ZnO降解多環(huán)芳烴菲、蒽、苊等，發(fā)現(xiàn)GaN = ZnO可見光催化劑對多環(huán)芳烴化合物具有良好的降解能力，在1-6小時內(nèi)可完全降解。目前HC的光催化降解研究主要采用T12光催化劑，對HC的降解效率普遍較低，而采用GaN = ZnO可見光催化劑的光催化效率明顯高于Ti02。因此提高催化劑的光能利用率是一個有效的途徑。
[0005]由于T12的帶隙較寬，對太陽光的利用率不高且量子效率較低，光催化降解HC的能力較弱。因此開發(fā)高效、穩(wěn)定的新型光催化劑具有重大意義。CdS作為一種優(yōu)良的窄帶隙光電材料，在太陽能電池和光解水制氫等研究方向有著大量研究。將T12與CdS復合，整合T12與CdS優(yōu)勢可以明顯提高器件的性能。但是Ti02/CdS復合光催化劑在光催化降解HC氣體方面尚未見文獻報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服如上問題，本發(fā)明提供如下技術方案:
[0007]—種納米Ti02/CdS復合光催化劑的用途，其用于光催化降解碳氫化合物(HC)氣體。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，所述光催化降解在常溫下、太陽光照射下進行。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，所述HC氣體為單一組分HC氣體或多種HC氣體組成的混合氣。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，所述HC氣體優(yōu)選為C1 4烷烴、C1 4烯烴、C1 4 二烯烴等，例如甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙二烯等。所述光催化降解HC氣體的濃度處于200ppmv以下。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，所述的納米Ti02/CdS復合光催化劑的尺寸優(yōu)選在30nm以下，所述復合光催化劑的比表面積優(yōu)選為45-55m2/g，更優(yōu)選為49.6m2/g ;所述的納米Ti02/CdS復合光催化劑組分配比為=T12與CdS的質(zhì)量比范圍為100:0.5-100:10。
[0012]Ti02/CdS復合光催化劑具有很好的光催化活性和穩(wěn)定性，能夠在常溫、太陽光輻照下高效光催化降解碳氫化合物(HC)氣體。同時該光催化劑很容易收集回收利用。因此本發(fā)明的Ti02/CdS復合光催化劑能夠在常溫、太陽光照射下，消除大氣中HC氣體污染物，實現(xiàn)凈化空氣的目的。
【附圖說明】
[0013]圖1為Ti02/CdS復合光催化劑的吸收光譜圖。
[0014]圖2為Ti02/lwt% CdS復合光催化劑的透射電鏡圖形貌圖(a)和高分辨率透射電鏡圖(b) ο
[0015]圖3為配比不同的Ti02/CdS復合光催化劑在模擬太陽光下固定床光催化降解乙烷氣體的數(shù)據(jù)圖。
[0016]圖4為Ti02/lwt% CdS復合光催化劑在模擬太陽光下固定床光催化降解乙烯氣體的數(shù)據(jù)圖。
[0017]圖5為Ti02/lwt% CdS復合光催化劑在模擬太陽光下流動床光催化降解乙烷氣體的數(shù)據(jù)圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖具體說明本發(fā)明的技術方案和效果。但本領域技術人員了解，下述實施例不是對本發(fā)明保護范圍的限制，任何在本發(fā)明基礎上做出的改進和變化，都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0019]實施例1:Ti02/CdS復合光催化劑的制備
[0020]將I份鈦酸四丁酯加入到10份的乙二醇中并伴隨攪拌，然后將4份檸檬酸加入到上述乙二醇中，繼續(xù)攪拌形成溶膠。將該溶膠加熱到523K形成干凝膠，將干凝膠轉(zhuǎn)移到氧化鋁坩堝中，放置到馬弗爐中823K熱處理10小時，得到T12納米粉體，將該粉體研磨待用。
[0021]將0.108g的CdCl2.2.5H20和0.036g的硫脲溶解在90mL乙醇中，加熱并磁力攪拌，將溶液溫度控制在333K。將0.03g氫氧化鈉溶于30mL無水乙醇中，之后用注射器將氫氧化鈉乙醇溶液快速注入到CdCl2.2.5H20和硫脲的混合溶液中，繼續(xù)攪拌加熱333K保持24小時，之后自然冷卻至室溫。將沉淀物離心收集并用乙醇洗滌數(shù)次，最后置于353K烘箱中烘干，最終得到CdS納米粉體。
[0022]分別按一定的質(zhì)量百分比稱取T12粉體和CdS粉體，分散在無水乙醇中，然后強力攪拌后超聲分散，最后將無水乙醇蒸干，分別得到Ti02/0.5wt%CdS(CdS占整個粉體的質(zhì)量百分含量為 0.5wt% ), T12/1Wt% CdS, Ti02/2wt% CdS, Ti02/5wt% CdS 復合光催化劑。
[0023]實施例2:固定床光催化降解乙烷氣體
[0024]本發(fā)明的光催化劑固定床降解乙烷氣體的光催化性能測試，在常溫、模擬太陽光下進行。實驗過程如下:
[0025]分別稱取實施例1中制備的Ti02/CdS復合光催化劑0.15g，平鋪到體積為450mL的光反應器底部，將反應器密封。用氣體微量提取器向光反應器中注入90 μ L高純乙燒氣體。將反應器避光保持I小時，氣體達到吸附脫附平衡，之后開啟300WXe燈光源。每隔10分鐘取樣，采用氣相色譜儀檢測反應器中乙烷氣體濃度的變化。
[0026]測試結果如圖3所示，在模擬太陽光輻照下，Ti02/CdS復合光催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化降解乙燒的能力。其中Ti02/lwt% CdS復合光催化劑能在60分鐘內(nèi)將200ppmv的乙烷氣體完全降解，表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化降解乙烷的活性，具有很高的實際應用價值。
[0027]實施例3:固定床光催化降解乙烯氣體
[0028]本發(fā)明的光催化劑固定床降解乙烯氣體的光催化性能測試，在常溫、模擬太陽光下進行。實驗過程如下:
[0029]稱取實施例1中制備的Ti02/lwt% CdS復合光催化劑0.15g，平鋪到體積為450mL的光反應器底部，將反應器密封。用氣體微量提取器向光反應器中注入90 μ L高純乙烯氣體。將反應器避光保持I小時，氣體達到吸附脫附平衡，之后開啟300WXe燈光源。暗態(tài)每隔10分鐘取樣，光照條件下每隔5分鐘取樣，采用氣相色譜儀檢測反應器中乙烯氣體濃度的變化。
[0030]測試結果如圖4所示，在模擬太陽光輻照下，Ti02/lwt% CdS復合光催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化降解乙烯的能力。在15分鐘之內(nèi)即可將200ppmv濃度的乙烯完全降解。
[0031]實施例4:流動床光催化降解乙烷氣體
[0032]本發(fā)明的光催化劑流動床光催化降解乙烷氣體的光催化性能測試，在常溫、模擬太陽光下進行。實驗過程如下:
[0033]將實施例1中制備的Ti02/lwt % CdS復合光催化劑填充到體積尺寸為40mm*30mm*lmm的微型石英光反應器中，將氣體濃度配比約為:78% Nz>22% O2和90ppmv乙烷的混合氣通入石英光反應器，采用300W Xe燈為光源，控制氣體流速，并用氣相色譜儀在線檢測乙烷濃度的變化。
[0034]測試結果如圖5所示，Ti02/lwt% CdS復合光催化劑在流動床模式下，仍然展現(xiàn)出優(yōu)異的光催化降解乙烷活性，且光催化活性穩(wěn)定，在實驗45個小時后仍具有很強的光催化降解乙烷的能力。實驗表明，Ti02/CdS復合光催化劑在光催化降解HC氣體方面具有很好的光催化活性和穩(wěn)定性，在常溫條件下光催化降解HC方面具有非常好的推廣應用價值。
【主權項】
1.納米Ti02/CdS復合光催化劑的用途，其用于碳氫化合物(HC)氣體的光催化降解。2.根據(jù)權利要求1所述的納米Ti02/CdS復合光催化劑的用途，其特征在于:所述光催化降解在常溫環(huán)境下進行。3.根據(jù)權利要求1所述的納米Ti02/CdS復合光催化劑的用途，其特征在于:所述光催化降解在太陽光下進行。4.根據(jù)權利要求1所述的納米Ti02/CdS復合光催化劑的用途，其特征在于:所述HC氣體為單一組分HC氣體或多種HC氣體組成的混合氣。5.根據(jù)權利要求1所述的納米Ti02/CdS復合光催化劑的用途，其特征在于:所述HC氣體為C1 4烷烴、C1 4烯烴、C1 4 二烯烴等，例如甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙二烯。6.根據(jù)權利要求1所述的納米Ti02/CdS復合光催化劑的用途，其特征在于:所述的納米Ti02/CdS復合光催化劑尺寸在30nm以下。7.根據(jù)權利要求1所述的納米Ti02/CdS復合光催化劑的用途，其特征在于:所述納米Ti02/CdS復合光催化劑的比表面積為45-55m2/g，優(yōu)選為49.6m2/g。8.根據(jù)權利要求1所述的納米Ti02/CdS復合光催化劑的用途，其特征在于:所述的納米Ti02/CdS復合光催化劑組分配比為:1102與0(13的質(zhì)量比范圍為100:0.5-100:10。9.根據(jù)權利要求1所述的納米Ti02/CdS復合光催化劑的用途，其特征在于:Ti02/CdS復合光催化劑在常溫下光催化降解單一組分HC氣體或多種HC氣體組成的混合氣。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種納米TiO2/CdS復合光催化劑常溫降解碳氫化合物(HC)。該TiO2/CdS復合光催化劑成本低、光催化活性高、穩(wěn)定性好，能夠在常溫、模擬太陽光輻照下，高效光催化降解HC氣體。同時該光催化劑很容易收集回收利用，在常溫消除大氣中HC氣體方面具有很好的應用前景。
【IPC分類】B01D53/72, B01J27/04, B82Y40/00, B82Y30/00, B01D53/86
【公開號】CN105195175
【申請?zhí)枴緾N201410260239
【發(fā)明人】張耀紅, 王丹, 易志國
【申請人】中國科學院福建物質(zhì)結構研究所
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2014年6月12日