一种光催化膜水解产氢气的方法技术

本发明专利技术公开了一种光催化膜水解产氢气的方法，属于复合膜材料技术领域。在光照射条件下，利用Bi

【技术实现步骤摘要】
一种光催化膜水解产氢气的方法
本专利技术属于复合膜材料
，具体涉及一种光催化膜水解产氢气的方法。
技术介绍
氢能是一种无污染、热值高且储存和运输方便的可再生能源，是目前为止发现的最具应用前景的清洁能源之一，既能减少污染同时又可降低设备和运输方面的投资，利用太阳能作为驱动力光催化水分解制取氢气已经被广泛研究。g-C3N4具有合适的能带结构，有良好的可见光捕获能力以及物理化学稳定性，并且在层之间存在弱的范德华力。g-C3N4是推动光催化反应的重要因素且理论上与传统的光催化技术如TiO2和ZnO相比，g-C3N4可以在可见光下将更多的光能转化为化学能。但是量子效率仍然有待提高，使其光催化制氢能力受到了一定程度的限制。铋系材料是一种性价比很高的材料，不仅拥有很高的表面能，且活性位点多。在整个铋系材料中被科学家们运用地最广泛的催化剂就是Bi2MoO6。Bi2MoO6已被用于与其他半导体构建异质结构，从而使电子-空穴对可以更快速的进行分离，并大幅度的提升其光催化性能。于是Bi2MoO6与g-C3N4相互结合作为光催化制氢的催化剂，并应用于制备氢能的领域中，但是目前基于光生电子与空穴的高复合率，会影响光催化剂的光催化性，催化活性没有达到人们最初预计的效果，从而使得单一催化剂产氢效率不高。
技术实现思路
解决的技术问题：在催化产氢的过程中，如何获得一种光催化剂催化活性高、产氢速率高的方法。技术方案：为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种光催化膜水解产氢气的方法，在光照射条件下，利用Bi2MoO6/g-C3N4复合催化薄膜催化分解水产生氢气；所述Bi2MoO6/g-C3N4复合催化薄膜为将复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4投加到复合薄膜PPSU/PEI(聚亚苯基砜树脂/聚醚酰亚胺)中获得。所述的光催化膜水解产氢气的方法，通过原位溶剂热法合成复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4，与复合薄膜PPSU/PEI混合制备得到Bi2MoO6/g-C3N4复合催化薄膜；复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4为PPSU/PEI复合薄膜质量的0.4％-3.2％。所述的光催化膜水解产氢气的方法，Bi2MoO6/g-C3N4复合催化薄膜由以下方法制备得到：(1)将PPSU、PEI、NMP(N-甲基吡咯烷酮)和PEG-200(聚乙二醇-200)加入到反应容器中，控温搅拌至反应物溶解，得到铸膜液；反应温度为60-70℃，转速为300-400rmp；PPSU、PEI、NMP和PEG-200的体积比为2∶1∶5-6∶1-2；(2)向步骤(1)铸膜液中加入复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4，继续搅拌溶解，至复合催化剂在铸膜液中分散均匀后停止加热；(3)将铸膜液在玻璃板上成膜，并置于恒温箱中，使溶剂挥发；然后用蒸馏水冲洗玻璃板直到薄膜完整脱落，将薄膜置于去离子水中浸泡6-10h，制得Bi2MoO6/g-C3N4复合催化薄膜。所述的光催化膜水解产氢气的方法，复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4的投加量为复合薄膜PPSU/PEI质量的1.6％。所述的光催化膜水解产氢气的方法，复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4由以下方法获得：(1)将g-C3N4纳米片均匀分散在乙醇中，通过超声处理辅助1-2h，得到g-C3N4纳米片分散体；(2)将Bi(NO3)3·5H2O和Na2MoO4·2H2O溶解在乙二醇中，Bi与Mo的摩尔比为2∶1；(3)将g-C3N4纳米片分散体滴加到步骤(2)溶液中，在室温下剧烈搅拌3-4h后，将混合物转移到高压釜中并在150-160℃下保持5-6h；(4)通过离心收集沉淀物，洗涤，并在60-70℃下干燥20-24h，得到复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4。所述的光催化膜水解产氢气的方法，Bi2MoO6的掺杂量为复合催化剂质量的30wt.％。所述的光催化膜水解产氢气的方法，复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4中Bi2MoO6的掺杂量为复合催化剂质量的10wt.％-40wt.％。所述的光催化膜水解产氢气的方法，复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4中g-C3N4的制备：将尿素置于马弗炉中进行煅烧，在500-600℃的空气氛围下煅烧3h，得到g-C3N4；所述g-C3N4与浓硝酸混合搅拌，对悬浮液离心处理并洗涤至中性，干燥；加入乙醇进行分散处理，加热得到已剥离的g-C3N4纳米片。所述的光催化膜水解产氢气的方法，复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4中g-C3N4的制备过程中尿素的煅烧温度为550℃。所述的光催化膜水解产氢气的方法，所述Bi2MoO6/g-C3N4复合催化薄膜中g-C3N4的制备过程中尿素的煅烧温度为550℃，Bi2MoO6的掺杂量为复合催化剂质量的30wt.％，复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4的投加量为复合薄膜PPSU/PEI质量的1.6％。有益效果：与现有的技术相比，本专利技术的优点包括：(1)本专利技术通过将复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4投加于复合薄膜PPSU/PEI中，在紫外光照射下分解水产氢气，表现出了更优异的光催化性能，大大提高了光降解效率。(2)钼酸铋附着在g-C3N4纳米片上，提高了其表面能与热稳定性降低了光生电子-空穴的复合速度，从而提高了光催化性能，将其投加共混体系中，通过相转换法并在平板玻璃上成膜，复合催化剂较均匀的分散其中，水蒸汽分布在薄膜上，通过紫外光照射，光催化剂分解水产生氢气。(3)本专利技术所使用的复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4具有廉价易得、无毒环保和化学性质稳定等优点。(4)本专利技术利用Bi2MoO6/g-C3N4复合催化薄膜，光解产生氢气效率较高，产氢速率接近1600μmol/(hr·m3·kpa)。附图说明图1为复合催化薄膜M1、M2和M3的SEM扫描图，其中，图1a为膜M1的SEM扫描图，图1b为膜M2的SEM扫描图，图1c为膜M3的SEM扫描图；图2为复合催化薄膜M2、M4、M5和M6的SEM扫描图，其中，图2a为膜M4的SEM扫描图，图2b为膜M5的SEM扫描图，图2c为膜M2的SEM扫描图，图2d为膜M6的SEM扫描图；图3为复合催化薄膜M2、M7、M8和M9的SEM扫描图，其中，图3a为膜M7的SEM扫描图，图3b为膜M2的SEM扫描图，图3c为膜M8的SEM扫描图，图3d为膜M9的SEM扫描图；图4为复合催化薄膜M1、M2和M3的紫外光谱图；图5为复合催化薄膜M2、M4、M5和M6的紫外光谱图；图6为复合催化薄膜M2、M7、M8和M9的紫外光谱图；图7为复合催化薄膜M1、M2和M3的红外光谱图；图8为复合催化薄膜M2、M4、M5和M6的红外光谱图；图9为复合催化薄膜M2、M7、M8和M9的红外光谱图；图10为利用复合催化薄膜进行产氢的装置结构示意图；图11为氢气浓度标准曲线图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光催化膜水解产氢气的方法，其特征在于，在光照射条件下，利用Bi

【技术特征摘要】
1.一种光催化膜水解产氢气的方法，其特征在于，在光照射条件下，利用Bi2MoO6/g-C3N4复合催化薄膜催化分解水产生氢气；所述Bi2MoO6/g-C3N4复合催化薄膜为将复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4投加到复合薄膜PPSU/PEI中获得。


2.根据权利要求1所述的光催化膜水解产氢气的方法，其特征在于，通过原位溶剂热法合成复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4，与复合薄膜PPSU/PEI混合制备得到Bi2MoO6/g-C3N4复合催化薄膜；复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4的投加量为复合薄膜PPSU/PEI质量的0.4％-3.2％。


3.根据权利要求1或2所述的光催化膜水解产氢气的方法，其特征在于，Bi2MoO6/g-C3N4复合催化薄膜由以下方法制备得到：
(1)将PPSU、PEI、NMP和PEG-200加入到反应容器中，控温搅拌至反应物溶解，得到铸膜液；反应温度为60-70℃，转速为300-400rmp；PPSU、PEI、NMP和PEG-200的体积比为2∶1∶5-6∶1-2：
(2)向步骤(1)铸膜液中加入复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4，继续搅拌溶解，至复合催化剂在铸膜液中分散均匀后停止加热；
(3)将铸膜液在玻璃板上成膜，并置于恒温箱中，使溶剂挥发；然后用蒸馏水冲洗玻璃板直到薄膜完整脱落，将薄膜置于去离子水中浸泡6-10h，制得Bi2MoO6/g-C3N4复合催化薄膜。


4.根据权利要求1或2所述的光催化膜水解产氢气的方法，其特征在于，复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4的投加量为复合薄膜PPSU/PEI质量的1.6％。


5.根据权利要求1或2所述的光催化膜水解产氢气的方法，其特征在于，复合催化剂Bi2MoO6/g-C3N4由以下方法获得：
(1)将g-C3N4纳米片均匀分散在乙醇中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶瑞晔，毛竹简，许素真，杨伟虹，胡家朋，林皓，
申请(专利权)人：武夷学院，武夷山碧空环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35