一种异质结复合光催化纳米材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种异质结复合光催化纳米材料及其制备方法和应用，具体包括：S1、以摩尔比为1：3：12.5的Fe(NO3)3·

【技术实现步骤摘要】
一种异质结复合光催化纳米材料及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纳米材料领域，特别是涉及一种异质结复合光催化纳米材料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]生态环境包括室内和室外环境。目前，对生态环境的关注已进入第三代污染时期—“室内装修污染”。由室内装饰材料带来的各种污染物中，甲醛(HCHO)已被世界卫生组织(WHO)下属的国际癌症研究机构(IARC)确定为致癌物。一般来说，HCHO具有释放周期长的特点，即使在低浓度(低至0.10mg/m3)下也会对人体造成巨大危害。由于大多数居民每天在室内花费80％以上的时间，因此有必要更加关注解决室内甲醛污染问题。
[0003]目前，人们尝试过各种策略来去除室内HCHO，例如通风、吸附、热/臭氧催化氧化、等离子体降解和光催化氧化等方法。其中，光催化氧化是一种低成本、绿色、有效的降解甲醛的方法。而二氧化钛(TiO2)作为一种被广泛研究的光催化剂，具有无毒、稳定性好和光催化氧化能力高等特点，被认为是一种新兴的气体污染物处理策略，具有实际的室内应用前景。但TiO2光学带隙较宽(约3.2eV)，仅吸收紫外光，对太阳光的利用率较低，并且TiO2光催化剂光生电子
‑
空穴对复合几率较高，严重限制了其应用前景。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种异质结复合光催化纳米材料及制备方法和应用。通过TiO2与NaFeS2的复合，开发一种制备方法简单、在可见光下对甲醛降解速率更高、稳定性更好、可重复利用的异质结复合光催化纳米材料，以解决现有可见光催化材料制约光催化降解甲醛效率的问题。借助其具有的高效降解甲醛能力，构建出节能光催化空气净化体系。
[0005]具体
技术实现思路
如下：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种异质结复合光催化纳米材料的制备方法，所述方法包括如下制备步骤：
[0007]S1、以摩尔比为1：3：12.5的Fe(NO3)3·
9H2O、Na2S
·
9H2O和NaOH为反应原料，控制第一水热反应的温度为180℃，时间为24h，制备得到NaFeS2；
[0008]S2、将体积质量比为1
‑
4ml：0.526g的TiCl4和NaFeS2加入到由冰与水组成的混合溶液中进行恒温搅拌，得到NaFeS2/TiCl4的乳浊液；
[0009]S3、将乳浊液转移到高压反应釜内，控制第二水热反应的温度为120℃，时间为5h，进行第二水热反应，产物经自然冷却后，洗涤、真空干燥处理，得到异质结复合光催化纳米材料NaFeS2/TiO2。
[0010]可选地，步骤S1具体包括：
[0011]S11、将Fe(NO3)3·
9H2O和Na2S
·
9H2O加入100℃蒸馏水中搅拌10min，然后降温至60℃继续搅拌30min，得到混合溶液1，再向混合溶液1中加入NaOH，得到混合溶液2；
[0012]S12、将混合溶液2转移到水热反应釜中进行所述第一水热反应，产物自然冷却后，经洗涤和真空干燥处理，得到NaFeS2。
[0013]可选地，步骤S12中，所述洗涤处理包括：用丙酮和乙醇交替洗涤6
‑
10次；
[0014]所述真空干燥处理的温度为60
‑
80℃；所述真空干燥处理的时间为12
‑
24h。
[0015]可选地，步骤S2中，所述TiCl4和NaFeS2的体积质量比为2ml：0.526g；
[0016]所述搅拌的时间为10min。
[0017]可选地，步骤S3中，所述真空干燥处理的温度为60
‑
80℃；所述真空干燥处理的时间为12
‑
24h。
[0018]第二方面，本专利技术提供一种上述第一方面所述的制备方法得到的异质结复合光催化纳米材料的应用，所述异质结复合光催化纳米材料用于可见光驱动污水中甲醛的降解；
[0019]在可见光照下，0.1g所述异质结复合光催化纳米材料作用于含有甲醛初始浓度为30ppm的污水，在140min内对所述甲醛的降解效率为96.5％。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0021]本专利技术提供的异质结复合光催化纳米材料的制备方法，通过原位水热合成法成功复合TiO2与NaFeS2，形成新的NaFeS2/TiO2异质结复合光催化纳米材料。NaFeS2的加入使得TiO2的UV
‑
vis发生红移，使NaFeS2/TiO2异质结复合光催化纳米材料具有比TiO2更宽的可见光吸收范围。并且，NaFeS2的引入，成功实现了NaFeS2/TiO2异质结复合光催化纳米材料的光生电子
‑
空穴对在异质界面(NaFeS2与TiO2)发生分离，从而避免单一TiO2催化纳米材料带隙中电子
‑
空穴的快速原位重组，有助于光生载流子的分离和带隙的缩小。
[0022]进一步地，实验证明，在NaFeS2/TiO2、单一TiO2、单一NaFeS2投加量相同，以及待处理污水中甲醛含量相同的情况下，在2个标准太阳光强的可见光(λ>400nm)照射下NaFeS2/TiO2异质结复合光催化纳米材料、单一TiO2、单一NaFeS2投加量均为0.1g，甲醛初始浓度为30ppm、初始温度为室温的条件下，由于单一TiO2不吸收可见光，光照140分钟后甲醛几乎不降解；单一NaFeS2纳米颗粒140分钟仅能去除50％左右；而本专利技术实施例提供的NaFeS2/TiO2异质结复合光催化纳米材料在140分钟时间内，对甲醛的降解效率高达96.5％。相较于单一TiO2光催化纳米材料，NaFeS2/TiO2异质结复合光催化纳米材料具有更宽的可见光吸收范围和更强的对甲醛的降解能力。
[0023]此外，本专利技术提供的NaFeS2/TiO2异质结复合光催化纳米材料在三个连续的降解实验中甲醛降解效率都保持在90％以上，证明NaFeS2/TiO2异质结复合光催化纳米材料的稳定性好，可实现循环利用，在空气净化领域具有潜在的应用价值。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1示出了本专利技术实施例1提供的异质结复合光催化纳米材料的制备方法流程图；
[0026]图2示出了本专利技术实施例1提供的NaFeS2/TiO2异质结复合光催化纳米材料的SEM图像；
[0027]图3示出了本专利技术实施例1
‑
3提供的光催化纳米材料紫外漫反射光谱图；
[0028]图4示出了本专利技术实施例1提供的NaFeS2/TiO2异质结复合光催化纳米材料的N2吸附
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异质结复合光催化纳米材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下制备步骤：S1、以摩尔比为1：3：12.5的Fe(NO3)3·
9H2O、Na2S
·
9H2O和NaOH为反应原料，控制第一水热反应的温度为180℃，时间为24h，制备得到NaFeS2；S2、将体积质量比为1
‑
4ml：0.526g的TiCl4和NaFeS2加入到由冰与水组成的混合溶液中进行恒温搅拌，得到NaFeS2/TiCl4的乳浊液；S3、将乳浊液转移到高压反应釜内，控制第二水热反应的温度为120℃，时间为5h，进行第二水热反应，产物经自然冷却后，洗涤、真空干燥处理，得到异质结复合光催化纳米材料NaFeS2/TiO2。2.根据上述权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1具体包括：S11、将Fe(NO3)3·
9H2O和Na2S
·
9H2O加入100℃蒸馏水中搅拌10min，然后降温至60℃继续搅拌30min，得到混合溶液1，再向混合溶液1中加入NaOH，得到混合溶液2；S12、将混合溶液2转移到水热反应釜中进行所述第一水热反应，产物自然冷却后，经洗涤和真空干燥处理，得到NaFeS2。3.根据上述权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张剑桥，杨磊，黎维彬，
申请(专利权)人：深圳市罗湖区城市管理和综合执法局，
类型：发明
国别省市：