光催化高效降解甲苯及VOCs的复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种光催化高效降解甲苯及VOCs的复合材料的制备方法，制备步骤包括：S1、将质量比为10

【技术实现步骤摘要】
光催化高效降解甲苯及VOCs的复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于纳米材料领域，特别是涉及一种光催化高效降解甲苯及VOCs的复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]挥发性有机化合物(VOCs)是最常见的污染物之一，包括氯代烃、醛类、酮类和苯系物(苯、甲苯、乙苯以及二甲苯)，逐渐成为大气污染的主要成分，尤其是苯、甲苯、二甲苯等苯系污染物，已经引起了全世界的关注。它们可能来自工业废气、汽车尾气、油漆等，对大气环境和人类健康构成重大威胁。长期暴露于含有挥发性有机化合物的环境会直接损害人体的呼吸系统和神经系统，严重情况下还可能诱发白血病。
[0003]根据其作用机制，目前的主流清除VOCs策略可分为两类：一类是利用高比表面积的多孔材料吸附去除挥发性有机化合物，材料易得、步骤简单，然而存在严重的二次污染问题，传统方法如吸附、冷凝和焚烧不能完全去除挥发性有机化合物，甚至产生有害的副产品。另一类是在催化材料的辅助下直接将挥发性有机化合物分解为CO2和H2O。光催化氧化处理有机物具有方法简单、无二次污染、应用范围广等特点，不仅适用于废水处理，也是净化空气污染物的一种有效方法，因此受到了广大研究者的关注。并且，随着对光催化材料的不断研究，光催化材料表现出越来越优异的性能，但仍然面临可见光利用率低、光吸收范围窄、制备工艺复杂、太阳能
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化学能转化效率低、载流子利用率及光催化效率低等问题。因此，开发具有更高效率的新型光催化剂具有重要意义。
[0004]硫化镉(CdS)因具有较窄的带隙(2.3eV)和适宜的价带/导带位置，现已成为最受欢迎的光催化材料之一。但CdS存在光腐蚀性以及光生电子和空穴易于在极短时间内复合等缺点，限制了它的实际应用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种催化高效降解甲苯及VOCs的复合材料及其制备方法和应用，通过将BaSO4、Ag与具有介孔的硫化镉复合，形成新的复合材料，相较于单一硫化镉，复合材料具有更高效的降解甲苯的能力，且具有稳定性好的特点。
[0006]具体
技术实现思路
如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种催化高效降解甲苯及VOCs的复合材料的制备方法，所述复合材料的制备方法包括如下制备步骤：
[0008]S1、将质量比为10
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30：1的介孔硫化镉和BaSO4，以及适量超纯水混合均匀后，转移至有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在180℃下进行水热反应，反应产物经洗涤、干燥，得到BaSO4包裹的CdS，所述BaSO4包裹的CdS以BaSO4/CdS表示；
[0009]S2、将所述BaSO4/CdS与硝酸银溶液混合均匀后，转移至灯箱下进行紫外光照0.5
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1min，然后洗涤、干燥，得到Ag负载的BaSO4/CdS，所述Ag负载的BaSO4/CdS以Ag/BaSO4/CdS表示。
[0010]可选地，步骤S1中，所述介孔硫化镉与BaSO4的质量比为20：1；
[0011]所述水热反应的时长为3
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6h。
[0012]可选地，步骤S1中，所述洗涤为依次使用HCl溶液、无水乙醇和超纯水轮流洗涤两次；
[0013]所述干燥的温度为105℃，时间为12
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24h。
[0014]可选地，步骤S1中，所述介孔硫化镉的制备步骤包括：
[0015]S11、将聚(乙二醇)
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聚(丙二醇)
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(乙二醇))三嵌段共聚物、正丁醇、盐酸和去离子水混合均匀，再将和原硅酸四乙酯加入其中，所得溶液转移至有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在100
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120℃下进行水热反应，反应产物经过滤、洗涤、干燥和煅烧后得到第一中间产物；其中，所述聚(乙二醇)
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聚(丙二醇)
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(乙二醇))三嵌段共聚、所述正丁醇与所述原硅酸四乙酯的质量比为1：1：2.15；所述盐酸的质量浓度为35w.t％；
[0016]S12、将Cd(NO3)2·
4H2O、硫脲、所述第一中间产物和无水乙醇混合均匀后，在160℃下对混合物进行蒸发干燥处理，得到第二中间产物；其中，所述Cd(NO3)2·
4H2O、所述硫脲和所述第一中间产物的质量比为5.2：1.5：2.7；
[0017]S13、将所述第二中间产物在NaOH溶液中浸泡24
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72h，然后置于烘箱中120℃干燥6h，获得所述介孔硫化镉，以mp
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CdS表示；其中，所述NaOH的浓度为2M。
[0018]可选地，步骤S2中，所述BaSO4/CdS与硝酸银溶液的质量体积比为0.1g：50ml；所述硝酸银溶液的浓度为0.2mol/L。
[0019]可选地，步骤S2中，所述灯箱为100W 365nm的LED灯箱。
[0020]可选地，步骤S2中，所述洗涤为用去离子水洗涤多次；
[0021]所述干燥的条件为在105℃下干燥12
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24h。
[0022]可选地，步骤S2中，所述光照的时间为40s。
[0023]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获得的光催化高效降解甲苯及VOCs的复合材料。
[0024]第三方面，本专利技术提供一种上述第一方面所述的制备方法获得的光催化高效降解甲苯及VOCs的复合材料的应用，其特征在于，所述复合材料用于甲苯以及VOCs的降解。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0026]本专利技术提供的高效降解甲苯及VOCs的复合材料的制备方法，基于Forster共振原理，将BaSO4、Ag和具有介孔的硫化镉三者复合，形成新的Ag/BaSO4/CdS复合材料用于光催化降解VOCs(尤其是甲苯)，该复合材料中，BaSO4绝缘层包裹在介孔CdS的表面，Ag通过光还原，在BaSO4/CdS表面的活性位点上原位沉积，促进了电荷的正向转移，有效防止在半导体(CdS)与金属(Ag)之间的界面上的e
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‑
h
+
发生重组，从而提高了甲苯的成矿能力，具有格外优异的甲苯降解效果。
[0027]进一步地，通过实验证明，在Ag/BaSO4/CdS复合材料、BaSO4/CdS复合材料和单一CdS光催化材料投加量相同，以及待降解甲苯含量相同的情况下，本专利技术实施例提供的Ag/BaSO4/CdS复合材料在120min内的甲苯降解效率达到84.8％，而BaSO4/CdS复合材料在120min内对甲苯的降解效率仅有34.8％，单一CdS光催化材料在120min内对甲苯的降解效率为37.3％。相较于BaSO4/CdS复合材料和单一CdS光催化材料，Ag/BaSO4/CdS复合材料具有更宽的可见光吸收范围和更强的对甲苯的降解能力。
[0028]此外，本专利技术提供的Ag/BaSO4/CdS复合材料在4个连续的降解实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光催化高效降解甲苯及VOCs的复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料的制备方法包括如下制备步骤：S1、将质量比为10
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30：1的介孔硫化镉和BaSO4，以及适量超纯水混合均匀后，转移至有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在180℃下进行水热反应，反应产物经洗涤、干燥，得到BaSO4包裹的CdS，所述BaSO4包裹的CdS以BaSO4/CdS表示；S2、将所述BaSO4/CdS与硝酸银溶液混合均匀后，转移至灯箱下进行紫外光照0.5
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1min，然后洗涤、干燥，得到Ag负载的BaSO4/CdS，所述Ag负载的BaSO4/CdS以Ag/BaSO4/CdS表示。2.根据权利要求1所述的光催化高效降解甲苯及VOCs的复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述介孔硫化镉与BaSO4的质量比为20:1；所述水热反应的时长为3
‑
6h。3.根据权利要求1所述的光催化高效降解甲苯及VOCs的复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述洗涤为依次使用HCl溶液、无水乙醇和超纯水轮流洗涤两次；所述干燥的温度为105℃，时间为12
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24h。4.根据权利要求1所述的光催化高效降解甲苯及VOCs的复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述介孔硫化镉的制备步骤包括：S11、将聚(乙二醇)
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聚(丙二醇)
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(乙二醇))三嵌段共聚物、正丁醇、盐酸和去离子水混合均匀，再将和原硅酸四乙酯加入其中，所得溶液转移至有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在100
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120℃下进行水热反应，反应产物经过滤、洗涤、干燥和煅烧后得到第一中间产物；其中，所述聚(乙二醇)
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈耀刚，杨磊，
申请(专利权)人：深圳市康弘智能健康科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：