一种催化降解有机污染物的方法技术

本发明专利技术涉及一种催化降解有机污染物的方法，属于光催化降解技术领域。本发明专利技术的方法是β-In2S3纳米材料在近红外光激发下用于催化降解有机污染物。本发明专利技术提供了β-In2S3纳米材料的一种在近红外光激发下催化降解污染物的新用途；拓宽了多硫化铟的使用范围和太阳光的利用范围；也拓宽了近红外光催化材料的范围；本发明专利技术的β-In2S3纳米材料具有更为优异的近红外光催化性能，能够迅速有效降解有机污染物，3小时近红外光催化降解甲基橙的降解率能达到为70%，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种催化降解有机污染物的方法，属于光催化降解

技术介绍
随着能源危机和环境污染的日益加重，开发使用清洁能源如太阳能，及利用光催化半导体材料降解污染物受到越来越多的关注。二氧化钛是最早被发现具有光催化作用的半导体材料，由于其来源丰富、成本低廉、化学性质稳定性、无毒副作用、光生空穴氧化性强等，也是目前光催化材料领域中最受关注的半导体光催化剂。但二氧化钛化纳米材料对太阳光利用率低较低，只在占太阳光总能量5%左右的紫外光范围内有光响应，通过掺杂、复合、负载、沉积其它金属、非金属离子、贵金属、半导体材料等只能有限地拓宽其光响应范围。金属硫化物是半导体材料大家族中非常重要的组成部分，尤其是晶胞中硫原子数量大于金属原子数量的金属多硫化物（如MoS2、WS2等）由于具有特殊的光学、机械和催化性能已经成为半导体材料研究领域的热点。多硫化铟（In2S3），又称硫化铟，是一种典型的Ⅲ-Ⅵ族硫化物，存在三种不同的晶形：α-In2S3、β-In2S3和γ-In2S3。其中的β-In2S3是一种n型半导体，具有阳离子缺陷的尖晶石结构，其禁带宽度为2.0-2.2 eV，在纳米光电子器件中已得到广泛应用。与二氧化钛化纳米材料相比，β-In2S3纳米材料能对紫外光和可见光产生响应，且能在紫外和可见光激发下对有机污染物进行催化降解；但是，对太阳光总能量44%的近红外波段，目前仍尚未充分利用。
技术实现思路
本专利技术通过研究实验发现，β-In2S3纳米材料能对近红外光产生响应，从而在近红外光激发下降解有机污染物。所以，本专利技术提供了一种采用β-In2S3纳米材料催化降解有机污染物的方法。本专利技术的技术方案一种催化降解有机污染物的方法，β-In2S3纳米材料在近红外光激发下用于催化降解有机污染物。具体方法为：将β-In2S3纳米材料置于有机污染物中，然后用近红外光照射。所述β-In2S3纳米材料呈球形颗粒、粒径为5-10nm；所述球形包括近似球形。所述近红外光由红外灯光源被滤波片滤掉波长为200nm-780nm 的光线后所剩余的光线提供。所述有机物特别是甲基橙。上述方法，可以使用一般的石英反应器在搅拌的条件下来完成。为了提高β-In2S3纳米材料对有机污染物的降解能力，所述β-In2S3纳米材料优选采用下述方法制备而成：在搅拌下，将硫源水溶液缓慢加入到铟源水溶液中，形成黄色溶胶；然后，用硝酸将溶胶pH值调节到1-3；再将调整pH后的溶胶在160-200oC下水热反应16-24小时，然后过滤得到的沉淀物；沉淀物经洗涤、干燥即得产品；该制备方法，通过制备过程中各参数的调整和配合，使获得的β-In2S3纳米材料在近红外光激发下对有机污染物的降解率明显提高。上述β-In2S3纳米材料的制备过程中，所述硫源水溶液由可溶性硫化物溶解于去离子水而成，如，由硫化钾、硫化铵或硫化钠溶解于去离子水而成；所述铟源水溶液由硝酸铟、氯化铟溶解于去离子水而成。为了进一步提高β-In2S3纳米材料对有机污染物的催化性能，优选的，硫源水溶液为硫化钠溶解于去离子水而成、铟源水溶液为硝酸铟溶解于去离子水而成。上述β-In2S3，其纳米材料的制备过程中，为了提高β-In2S3的结晶度，所述铟源水溶液中铟和与硫源水溶液中硫的摩尔比优选为1:2.5。 上述β-In2S3纳米材料的制备过程中，所述水热反应在水热反应釜中进行，溶胶在水热反应釜中的填充度为50%-80%的体积；所述洗涤步骤使用的洗液为去离子水和酒精；为了减小硫化铟颗粒粒径、提高结晶度，所述反应温度优选为180oC；为了提高硫化铟的结晶度，所述反应时间优选为24小时。关于本专利技术的创造性的简单陈述：根据β-In2S3纳米材料的禁带宽度2.0-2.2 eV判断，β-In2S3纳米材料的最大吸收波长约为600-650nm，在可见光波长范围内；而且，红外光的能量低于紫外和可能光的能量。所以本领域技术人员不能根据“β-In2S3纳米材料的禁带宽度及β-In2S3纳米材料能对紫外光和可见光产生响应”预测到“β-In2S3能对近红外光产生响应”。有益效果提供了β-In2S3纳米材料的一种在近红外光激发下催化降解污染物的新用途；拓宽了多硫化铟的使用范围和太阳光的利用范围；也拓宽了近红外光催化材料的范围；本专利技术的β-In2S3纳米材料具有更为优异的近红外光催化性能，能够迅速有效降解有机污染物，3小时近红外光催化降解甲基橙的降解率能达到为70%，具有广阔的应用前景；  本专利技术提供的多硫化铟光催化剂的制备方法操作简单、易于推广。附图说明图1 为本专利技术实施例3 制备的多硫化铟纳米颗粒的X-射线衍射（XRD）图谱；图2 为本专利技术实施例3 制备的多硫化铟纳米颗粒的透射电镜（TEM）图像；图3 为本专利技术实施例3 制备的多硫化铟纳米颗粒在近红外光下对甲基橙溶液的光催化降解率随时间的变化曲线。图4 为本专利技术对比例1 、2和3制备的不同形貌的多硫化铟纳米材料（在近红外光下对甲基橙溶液的光催化降解率随时间的变化曲线;图4中，a为对比例1的变化曲线，b为对比例2的变化曲线，c为对比例3的变化曲线。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明；除另有指明，对比例和实施例中的所述份数均以质量计。对比例1将0.37份InCl3??4H2O与0.23份氨基硫脲（CH5N3S）在搅拌下溶解于由30份去离子水和30份无水乙醇组成的混合溶剂中，形成透明溶液后，装入反应釜中，使反应釜的填充度为60%，并于160℃下反应24 h；待反应釜自然冷却至室温后，将产品过滤、用去离子水和酒精洗涤，并于55℃下真空干燥，获得花球状多硫化铟光催化剂0.2份，花球直径1-2μm，由厚度约5-10nm的β-In2S3纳米片组成。将0.1份上述制备的多硫化铟光催化剂投入到100份20mg/L甲基橙溶液中，用近红外光照射，观察甲基橙的降解情况并绘制降解率随时间的变化曲线；反应3小时，甲基橙降解率仅为18.9%。对比例2将0.46份In(NO3)3·4.5H2O与0.25份(NH4)2S，分别溶解于40份去离子水中，配成硝酸铟水溶液和硫化铵水溶液，在搅拌下将硫化铵水溶溶液加入硝酸铟水溶液中，并控制加入速度以确保形成均匀的溶胶；之后，加入1mol/L硝酸溶液0.15份，将溶胶pH值调节到1-3左右；最后，将酸性溶胶装入反应釜中，使反应釜的填充度约为80%，并于180℃下反应24h；待反应釜自然冷却至室温后，将产品过滤、用去离子水和酒精洗涤，并于55℃下真空干燥，获得直径5-15nm的不规则颗粒状多硫化铟光催化剂0.2份。将上述制备的多硫化铟光催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化降解有机污染物的方法，其特征在于，β?In2S3纳米材料在近红外光激发下用于催化降解有机污染物。

【技术特征摘要】
1.一种催化降解有机污染物的方法，其特征在于，β-In2S3纳米材料在近红外光激发下用于催化降解有机污染物。
2.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将β-In2S3纳米材料置于有机污染物中，然后用近红外光照射。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述β-In2S3纳米材料呈球形颗粒、粒径为5-10nm。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述近红外光由红外灯光源被滤波片滤掉波长为200nm-780nm 的光线后所剩余的光线提供。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述有机物是甲基橙。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述β-In2S3纳米材料采用下述方法制备而成：
在搅拌下，将硫源水溶液缓慢加入到铟源水溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘温霞，高文文，王晓卫，王兴琪，扈斌，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：