[发明专利]具有可见光光催化活性的染料敏化杂多酸催化剂的制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种由杂多酸-硫堇构筑的光催化剂，尤其涉及一种在可见光范围内具有高催化活性的染料敏化杂多酸催化剂。

背景技术

    随着人类社会的发展，水资源污染问题日益严重，污染物包括诸如农药、重金属离子和有机染料等。目前，作为主要污染问题之一的有机染料污染水资源问题越来越受到人们的关注。80年代以来，光催化降解染料技术为人们处理染料污染水资源问题提供了一个很好的途径。过去的大量研究集中在紫外光光催化降解染料方面，尤其是二氧化钛的光催化降解染料性能倍受关注。杂多酸是一种具有和二氧化钛相似能带结构的材料，能够和二氧化钛一样在紫外光的激发下降解有机染料。而太阳光中紫外光只占5%，43%的可见光未被杂多酸利用。另外，杂多酸极易溶于水的特点限制了其重复利用。因而设计一种新型杂多酸类光催化材料解决杂多酸只能在紫外区具有催化降解染料以及其易溶于水的问题具有重要意义。

用在可见光区具有较大吸收的化合物敏化杂多酸，使杂多酸能够被可见光激发，从而来进行染料催化降解的方法存在可行性，利用硫瑾作为敏化剂来敏化杂多酸是可行的思路之一。目前报道的一种制备杂多酸-硫瑾自组装薄膜的方法：专利号200810071457.6,利用层层自组装的方法制备杂多酸-硫瑾薄膜材料。而以化学共沉淀的方法制备染料敏化杂多酸光催化材料未见报道，该方法是一种制备易于和催化体系分离的染料敏化杂多酸催化剂的简单可靠的方法。

发明内容

本发明的目的在于发现一种染料敏化杂多酸光催化剂的简单可靠的制备方法。

本发明采用的有机染料敏化剂为硫堇（Thionine, 简写为TH），其结构式如下：

本发明采用化学共沉淀法制备了染料敏化杂多酸光催化剂，该催化剂由杂多酸阴离子MX₁₂O₄₀^(8-m)- (M=P，Co，B，Si，As，Ge；X=W，Mo；m为金属离子M的电荷数)和硫瑾构成。

本发明采用化学共沉淀法制备硫瑾敏化的杂多酸催化剂。通过将MX₁₂O₄₀^(8-m)- (M=P，Co，B，Si，As，Ge；X=W，Mo；m为金属离子M的电荷数)和硫瑾以物质的量比为1：3反应，在常温下搅拌得到。

本发明制备的染料敏化杂多酸催化剂用于降解有机染料，尤其可以用于降解甲基橙、玫瑰红或与其具有相同生色团的有机染料。

本发明是首次用化学共沉淀法制备了具有可见光光催化活性的染料敏化杂多酸催化剂。它将杂多酸的激发从紫外光区拓展到了可见光区，所制备的材料不溶于水，易于与催化体系分离，能重复利用。本发明制备的具有可见光光催化活性的染料敏化杂多酸材料对于甲基橙、玫瑰红等有机染料具有很高的催化降解作用，本发明在处理有机染料废水方面具有广泛的应用前景。

具体实施方式

实施例 1：染料敏化H₃PW₁₂O₄₀光催化剂的制备

按照硫瑾与H₃PW₁₂O₄₀的物质的量比为3：1，将0.1mM/ml的硫瑾水溶液缓慢滴加到0.1mM/ml的H₃PW₁₂O₄₀的水溶液中，将混合溶液在室温下搅拌反应5小时，得到深紫色沉淀。离心分离后，用蒸馏水洗涤沉淀至清液无色，50℃烘箱中干燥5小时，即得到染料敏化H₃PW₁₂O₄₀光催化剂。

染料敏化的H₃PW₁₂O₄₀催化剂的固体紫外可见漫反射光谱表征在美国PerkinElmer公司生产的Lambda-900型的紫外可见光谱仪上进行。紫外可见漫反射光谱表明，染料敏化后的催化剂在可见光区400-800nm具有较大吸收。

实施例 2：染料敏化H₃PW₁₂O₄₀光催化剂可见光下光催化降解甲基橙（MO）