[发明专利]一种硫化镉/钛酸钠负载型复合可见光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，具体涉及一种硫化镉/钛酸钠负载型复合可见光催化剂的制备及其碱吸附协同光催化氧化去除NO的应用。

背景技术

纯净的空气是人类和一切生物赖以生存的重要环境因素之一。然而，人类在生产和生活活动中，成年累月地向大气排放各类废气污染物质，使地球环境遭到严重污染和破坏，使地区和城市大气环境质量不断下降。目前全世界每年排入大气的有害气体在6亿吨以上，其分布面广、危害大、治理困难。当前大气污染中的NOx污染是PM2.5形成的关键原因之一，直接影响人类基本生存条件。

光催化是通过半导体材料吸收光能激发电子产生空穴，空穴具有很强的得电子能力，可夺取NO体系中的电子，使其活化而最终被氧化为硝酸根离子。光催化具有反应条件温和、能耗低、二次污染少、不需要其它添加剂等优点。但由于氮氧化物相对比较稳定，导致光催化去除转化效率低，对NO的吸附性能差导致对其活化困难，及对催化剂光生电子和空穴分离的考虑不够，另外，在NO氧化过程中，存在在催化剂表面吸附并覆盖了催化剂的活性位点而降低催化效率等问题。

硫化镉是一种典型的II-VI半导体，波尔半径为2.4nm，禁带宽度为2.42eV。硫化镉纳米材料随着纳米尺寸的减小和形貌变化，其禁带宽度将会发生明显的变化，表现出比块状材料更为优异的光催化性能；但由于硫化镉不稳定，易发生光腐蚀反应，影响其催化反应活性和稳定性，限制其在光催化方面的应用。钛酸钠的片状结构有利于电荷转移，降低了光生电子和空穴的复合几率，可以提高光催化反应中催化剂的活性；钛酸钠在应用上可作为固体碱催化剂和载体，由于钛酸钠中的碱性活性中心，更有利于中和NO氧化后吸附在催化剂表面的酸性物种，可以提高光催化反应中催化剂的稳定性。利用钛酸钠纳米片作为载体解决硫化镉不稳定的难题，对于空气净化和降低空气中的PM2.5都具有重要意义。

本发明通过水热合成法，在强碱性条件下一步制备出硫化镉/钛酸钠负载型复合材料，是一种良好的可见光响应型光催化剂。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术所存在的缺陷和市场需求，提供一种硫化镉/钛酸钠负载型复合可见光催化剂及其简单易行、成本低廉的制备方法和应用。

本发明硫化镉/钛酸钠负载型复合可见光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将镉盐和硫源加入到强碱溶液中，搅拌均匀，再将钛源加入到上述混合溶液中，超声分散均匀，将混合溶液置于水热反应釜中，反应温度为140-180℃，反应时间为48h，冷却至室温后，洗涤至中性，离心并真空干燥，得硫化镉/钛酸钠负载型复合可见光催化剂。

上述方法制得的硫化镉/钛酸钠负载型复合可见光催化剂，其特征在于，硫化镉纳米颗粒均匀负载在钛酸钠纳米片上。

上述硫化镉/钛酸钠负载型复合可见光催化剂的制备方法中，镉盐与硫源的物质的量比为1:3。

上述硫化镉/钛酸钠负载型复合可见光催化剂的制备方法中，镉盐中的镉与钛源中的钛的质量比为3:1～3:8，其中最优比例为3:2。

上述硫化镉/钛酸钠负载型复合可见光催化剂的制备方法中，所用强碱溶液为10mol/L氢氧化钠溶液。

上述硫化镉/钛酸钠负载型复合可见光催化剂的制备方法中，所述的的镉源包括硝酸镉、氯化镉和硫酸镉，优选为硝酸镉。

上述硫化镉/钛酸钠负载型复合可见光催化剂的制备方法中，所述的钛源包括硫酸氧钛、钛酸四丁酯、异丙醇钛、四氯化钛和二氧化钛，优选为二氧化钛。

上述硫化镉/钛酸钠负载型复合可见光催化剂硫化镉/钛酸钠负载型复合可见光催化剂应用于碱吸附协同光催化氧化去除NO，具体步骤如下：

将一定量(0.05-0.2g)的硫化镉/钛酸钠负载型复合可见光催化剂粉末平铺在反应器中，通入一定浓度(200-1000ppb)的NO和高纯空气的混合气，流动相气体流速为2000-8000sccm，光源利用2*150W的卤钨灯加上玻璃滤波片(JB-420)模拟可见光光源。

本发明制备的产品通过以下手段进行结构表征：采用在日本理学RigakuD/Max-RB型X射线衍射仪上测量的X射线衍射进行样品的结构分析；采用美国赛默飞Thermo146i型气体校准仪校准通入NO气体浓度，Thermo42i型氮氧化物分析仪在线分析NO浓度变化；采用日本HitachiS-4800型扫描电子电镜获得的扫描电镜照片；采用日本JEOLJEM-2100型透射电子显微镜获得的透射电镜照片。