[发明专利]一种氟化铈/凹凸棒石上转换复合光催化材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于化工新材料领域，特别涉及一种氟化铈/凹凸棒石上转换复合光催化材料及其制备方法和应用。将Ce(NO₃)₃·6H₂O，NH₄F，凹凸棒石分别加入到去离子水中溶解，调节体系pH为4～5，并磁力搅拌混合均匀。然后将其转移到微波水热釜里进行水热反应，在功率400W下反应1‑3h。将制备的样品离心分离，然后烘干，研磨，即制得一种氟化铈/凹凸棒石上转换复合光催化材料。该材料应用于光催化脱硫领域，在3h光照下，脱硫率可达到90％。

技术领域

本发明属于化工新材料领域，特别涉及一种氟化铈/凹凸棒石上转换复合光催化材料及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，随着燃料油用量的不断增加，其中含有的含硫化合物燃烧排放出大量的SO_x。燃油燃烧产生的硫氧化物(SO_x)一直是酸雨和大气霾的主要来源之一，严重影响环境和人体健康。因此，生产低硫汽油是一种必然趋势。目前，在我国所使用的催化裂化汽油(简称FCC汽油)中硫含量在500～1600ppm，其中难以处理的含硫化合物主要有噻吩、烷基取代噻吩和苯并噻吩等。为了去除燃料中含有的硫化合物，已经广泛探索了催化加氢脱硫(HDS)，氧化脱硫(ODS)，吸附脱硫(ADS)和生物脱硫等各种方法。其中，传统的催化加氢脱硫技术成熟，但需要很高的压力、温度和昂贵的氢气。应该注意的是，即使在非常苛刻的条件下，包括二苯并噻吩(DBT)及其衍生物在内的大体积硫有机物也难以减少。然而，光催化氧化脱硫作为氧化脱硫的一种，因其拥有易操作、能耗低、无污染等特点，引起了广泛的关注。

凹凸棒石(ATP)作为一种天然的粘土材料，其具有较大的比表面积、优越的吸附性能和独特的空隙结构被广泛应用于催化剂载体。但是，由于其内部含有半导体性质的氧化铁，使得凹凸棒也具有半导体性质。南京理工大学Zhang J等(Nanotechnology,2013,24；Acs Sustainable Chemistry&Engineering,2016,4)，曾利用其半导体性质，以CdS和曙红敏化凹凸棒用以光解水制氢，因此其半导体性质得到证实。然而由于其带隙较宽，仅可对紫外光响应，而紫外光只占太阳光的5％，所以对太阳光的利用率非常低下。

发明内容

为了充分利用太阳光能量中占多数的可见光，多种半导体复合形成异质结是最有效的一种方法。CeF₃是一种具有独特物理和化学性能的功能性稀土氟化物，具有优良的上转换发光效应。

为了解决太阳光的利用率低的问题，本发明提供了一种氟化铈/凹凸棒石上转换复合光催化材料。通过在改性处理后的凹凸棒石表面原位生长复合粒径均匀的CeF₃纳米粒子，构建Z型异质结，一方面，便于激发光生电子与空穴的分离并且使光生电子和空穴不易复合；另一方面，CeF₃作为上转换发光材料，可将近红外光或可见光上转换为可见光或紫外光，扩大复合材料光响应范围，提高自然光的利用率。

本发明通过氟化铈与凹凸棒石(ATP)形成异质结，不仅减少光生电子与空穴的复合，而且扩大了半导体材料的光响应范围，提高了太阳光的利用率，从而大大提高了氟化铈/凹凸棒石上转换复合材料光催化的效果。

本发明提供的氟化铈/凹凸棒石上转换复合光催化材料由氟化铈(CeF₃)和凹凸棒石(ATP)组成，其中，CeF₃占ATP质量的10％～60％。

本发明还提供了一种氟化铈/凹凸棒石上转换复合光催化材料的制备方法，具体步骤为：

(1)将Ce(NO₃)₃·6H₂O，NH₄F，ATP加入到去离子水中超声波溶解，用稀盐酸调节体系pH为4～5，使其混合均匀。然后将其转移到微波水热釜里进行微波水热反应，设定功率400W，设定温度为150～170℃，时间设定为1～3h，得到复合光催化材料样品；