本发明专利技术涉及一种用于降解多种有机染料的可见光催化剂，特别涉及一种四羧基酞菁铁敏化二氧化钛催化剂在可见光下降解有机染料方面的应用。一种四羧基酞菁铁敏化二氧化钛催化剂在可见光下降解有机染料方面的应用。该催化剂是由四羧基酞菁铁敏化二氧化钛得到，四羧基酞菁铁与二氧化钛的摩尔比为1:22-28。本发明专利技术以4-羧基邻苯二甲酸酐、尿素和氯化铁为原料采用固相法合成四羧基酞菁铁，然后利用浸渍法敏化二氧化钛。本发明专利技术的催化剂的优点是：1.水溶性好；2.负载型催化剂避免了金属酞菁的团聚；3.将紫外光催化扩展到可见光催化；4.可同时降解废水中的五种染料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于降解多种有机染料的可见光催化剂，特别涉及一种四羧基酞菁铁敏化二氧化钛催化剂在可见光下降解有机染料方面的应用。
技术介绍
光催化在近几十年来已经发展成为一个大的领域。半导体光催化剂在水、空气和废水处理方面已经取得了很大的成功。半导体在有害污染物的治理方面对很多有机化合物都有很好的应用，例如烷烃、烯烃、苯酚、羧酸芳烃、染料、表面活性剂、农药和重金属离子(例如，Pt4+，Au3+，Rh3+，Cr6+等)还原。有一些半导体已经被作为光催化剂，但是TiO2已经被证明是基准半导体在有效降解有机污染物方面。半导体吸收光的能量发生光致激发和半导体带隙宽度相匹配的产生电子-空穴对。激发态导带电子能和于空穴重新结合消耗入射能量，被吸附在表面的电子给体和电子受体发生反应。为了有效利用二次催化转换中的电子-空穴对，半导体表面上转化成化学基态是十分重要的。为了限制电子和空穴的再次结合，有效增加导带电子和价带空穴的分离，电子受体和给体都应该限制在半导体的表面。目前已有的方法有将光催化剂固定到氧化还原功能化的聚合物，电子受体和半导体表面之间的范德华力作用和受体功能化的半导体应用。有关TiO2光催化剂的反应机理已经有大量的文献说明。尽管具体的由一种污染物转换到另一种的机理细节不同，但是被普遍接受的机理是超氧自由基，特别是羟基自由基作为催化有机污染物的活性物种。自由基的形成是由于水和氧气分子的电子-空穴的分离，如化学平衡式1-4：O2+e-cb→O2·-(1)H2O+h+→·OH+H+(2)·OH+·OH→H2O2(3)H2O2+O2·-→·OH+OH-+O2(4)增加有机污染物的降解效率的一个方法是提高活性物种羟基自由基的产率，在二氧化钛悬浊液中加入过氧化氢能有效提高降解苯酚和有机卤化物的效率[30-32]。二氧化钛的光催化活性被限制在紫外区域，因此太阳光能不能被有效利用。染料敏化二氧化钛拓展了光的吸收和在可见光区二氧化钛的转化能力。金属酞菁是一种很稳定的金属配合物，还具有一些非凡的性质，例如氧化还原活性、热稳定性、无毒性等。其应用领域有电致变色设备、工业和环境应用中的传感器、光催化过程(包括太阳能转换)等。事实上，铁酞菁和镁酞菁在过氧化氢存在时已经被应用到有机污染物的光催化降解。Fe(IV)＝O或者Fe(V)＝O酞菁、Fe(III)-OH酞菁在有机化合物矿化中作为活性物种。铁酞菁在二氧化钛体系中能提高光催化效率可能的原因有：(1)铁酞菁能参与光芬顿反应类型进而提高光激发产生的·OH的量；(2)铁酞菁二氧化钛体系中能协同催化光降解污染物；(3)污染物能形成铁酞菁中的金属离子铁的轴向配体，进而增加在催化剂周围的污染物浓度，提高光催化效率。
技术实现思路
本专利技术提供一种四羧基酞菁铁敏化二氧化钛催化剂在可见光下降解有机染料方面的应用。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种四羧基酞菁铁敏化二氧化钛催化剂在可见光下降解有机染料方面的应用。该催化剂是由四羧基酞菁铁敏化二氧化钛得到，四羧基酞菁铁与二氧化钛的摩尔比为1:22-28。作为优选，该催化剂中二氧化钛的粒径为50-80nm。二氧化钛的粒径在该范围时用于印染废水处理效果为最佳。作为优选，所述的应用主要指降解染料废水中的有机染料。作为优选，所述的有机染料包括罗丹明B(RB)、亚甲基蓝(MB)、中性红(NR)、酸性红(AR)和孔雀石绿(MG)中的一种或几种。作为优选，四羧基酞菁铁敏化二氧化钛催化剂的用量为0.2-2g/L，最佳用量为0.4-0.8g/L。本专利技术以4-羧基邻苯二甲酸酐、尿素和氯化铁为原料采用固相法合成四羧基酞菁铁，然后利用浸渍法敏化二氧化钛。本专利技术的催化剂的优点是：1.水溶性好；2.负载型催化剂避免了金属酞菁的团聚；3.将紫外光催化扩展到可见光催化；4.可同时降解废水中的五种染料。本专利技术通过浸渍法将FePc(COOH)4敏化TiO2后制备出FePc(COOH)4/TiO2光催化剂，对得到的催化剂进行FI-IR、UV、XRD、BET、DRS、PL、XPS、SEM等一系列的定性分析和机理探讨。最后以亚甲基蓝、罗丹明B、中性红、酸性红、孔雀石绿为研究底物，进行模拟染料废水的研究，研究发现本专利技术的催化剂具有以下优点：(1)四羧基酞菁铁表面上的-COOH和二氧化钛表面上的-OH相结合，使酞菁铁不易从二氧化钛表面上脱落，从而增加了催化剂的稳定性。(2)从二氧化钛的表面形貌分析，二氧化钛表面粗糙，比表面积大，能提供和四羧基酞菁铁相结合的活性位点越多，就能加强四羧基铁酞菁在二氧化钛表面上结合能力。(3)四羧基酞菁铁和二氧化钛结合后，在可见光条件下对一定浓度的亚甲基蓝、罗丹明B、中性红、酸性红、孔雀石绿进行降解实验，从实验结果可以得出，四羧基酞菁铁成功的将二氧化钛的吸收光范围从紫外光区拓展到了可见光区，提高了对光的利用率，进而增强了对有机染料废水的降解效果。附图说明图1是四羧基酞菁铁在二甲基亚砜(DMSO)溶液中的紫外可见分析谱图；图2是TiO2、FePc(COOH)4、FePc(COOH)4/TiO2的红外光谱对比图；图3是TiO2、FePc(COOH)4、FePc(COOH)4/TiO2的XRD对比图；图4是TiO2、FePc(COOH)4/TiO2的N2吸附-脱附曲线图和粒径分布图；图5是敏化前后(上图为敏化前，下图为敏化后)TiO2纳米颗粒的SEM图；图6是TiO2、FePc(COOH)4、FePc(COOH)4/TiO2的荧光光谱图；图7是TiO2、FePc(COOH)4、FePc(COOH)4/TiO2的DRS图；图8是催化剂的X射线光电子能谱图，其中，(A)TiO2和FePc(COOH)4/TiO2的XPS全光谱；(B)TiO2和FePc(COOH)4/TiO2中Ti2p的XPS光谱；(C)FePc(COOH)4中Fe2p的XPS光谱；(D)FePc(COOH)4/TiO2中Fe2p的XPS光谱；(E)FePc(COOH)4中O1s的XPS光谱；(F)FePc(COOH)4/TiO2中O1s的XPS光谱；(G)FePc(COOH)4中N1s的XPS光谱；(H)FePc(COOH)4/TiO2中N1s的XPS光谱；图9是光催化降解反应装置图，其中a:氧气，b:水循环，c:搅拌器，d:升降台，e:氙灯光源；图10是TiO2、FePc(COOH)4、FePc(COOH)4/TiO2对RB(6.5mg\本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种四羧基酞菁铁敏化二氧化钛催化剂在可见光下降解有机染料方面的应用。
【技术特征摘要】
1.一种四羧基酞菁铁敏化二氧化钛催化剂在可见光下降解有机染料方面的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：该催化剂中二氧化钛的粒径为50-80nm。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的应用主要指降解染料废水中的有机
染料。
4.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵彦英，尤会敏，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。