AlON粉体作为光催化剂的应用制造技术

本发明专利技术涉及AlON粉体作为光催化剂的应用，尤其涉及利用AlON粉体作为光催化剂催化降解亚甲基蓝的方法，属于光催化领域。AlON粉体作为光催化剂的应用，所述作为光催化剂的AlON粉体按下述方法制备：以平均粒径为80‑100nm，比表面积为1‑18m2/g的α‑Al2O3粉体与活性炭为原料，采用碳热还原法制备AlON粉体。本发明专利技术制备AlON粉体在光催化反应仪中对所合成的光催化陶瓷粉末进行光催化性能评价，最终在光密度为10‑120mw/cm2的光源强度下，120min降解模拟污染物亚甲基蓝的降解率高达97.4％，远高于同类粉末光催化剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及AlON粉体作为光催化剂的应用，尤其涉及利用AlON粉体作为光催化剂催化降解亚甲基蓝的方法，属于光催化领域。
技术介绍
随着工业化进程以及人口的增加，化石能源需求量日益增大，随之而来的是全球环境污染问题，臭氧层破坏、全球气候变化、荒漠化愈发严重。各种有毒、有害的污染物不但对人类的生命健康造成了威胁也严重破坏了生态平衡。环境污染的控制和治理以及新能源的开发成为人类社会面临和亟待解决的重要问题。印染废水是世界公认的严重工业污染源之一，它常含难降解、有毒有机污染物,其中偶氮化合物和芳香胺等还具有致癌、致畸变作用。因此，印染废水对生态环境和饮用水构成了极大危害。亚甲基蓝(MB)为印染废水中典型的有机污染物之一，对其进行降解和脱色是印染废水治理的重要对象。采用光催化法利用太阳能来降解染料是解决印染污染问题的发展方向之一。目前除去污染物的主流技术一直是生物和物理方法(吸附，聚沉，超滤等)，虽然这些传统的方法起到一定作用，但在面对许多新型合成有机污染物存在着很多局限性。所以人们迫切需要开发一种应用一次能源、处理污染物效率高、无毒无污染、经济成本低的新型技术。与传统的以污染物的分离、浓缩及相转移为主的物理方法相比,光催化具有节能、高效、污染物降解彻底等优点(毛永强,王继仁,邓存宝,等。CoO/CdS纳米复合材料的制备及其光催化降解亚甲基蓝的研究.硅酸盐学报,2015,34(11):3209-3213；聂龙辉，黄征青，徐洪涛等.Ag@AgBr光催化剂的制备及其可见光催化降解亚甲基蓝反应性能.2012,33(7):1209-1216；刘振荣,李红,王君,等.TiO2催化超声降解亚甲基蓝溶液.化学研究,2005,16(1):69-71；王小蓉,吴平霄,张星,等.ZnAlTi型层状双氢氧化物光催化降解亚甲基蓝的性能研究.功能材料,2012,43(20):2799-2803；周建伟,黄建新,王金娜,等.纳米ZnO/膨润土光催化降解亚甲基蓝研究.应用化工,2008,37(9):1063-1066.)。但是由于光照时间长，分解效率低，制备光催化剂工艺复杂等缺点限制了其实际的应用。近年来,以TiO2为主的催化技术在净化空气和水中的微污染物方面展示出巨大的应用潜能,杨骏等采用超声微乳法合成TiO2-SiO2催化剂可见光光催化降解亚甲基蓝,需要钛酸丁酯逐滴加入到微乳液中超声2h,使其在水的小反应器中发生水解,最后加入一定量的硅胶超声2h。所得TiO2/SiO2前驱产物经过三次丙酮,四次去离子水洗涤后,放入真空干燥箱80℃干燥24h,后在不同温度下煅烧6h得TiO2/SiO2催化剂可达到120min降解84％，工艺复杂且降解效率较低不利于工业化生产。张一兵等，研究了以硫酸钛为钛源，采用水热法合成了TiO2/Fe3+光催化剂，室温下紫外光照反应6h，亚甲基蓝的降解率达到98.2％，但是过长的光照时间也限制了其实际应用。王瑞芬等采用溶胶-凝胶法，利用钛酸四丁酯、硝酸镧、硝酸铈和硼酸为原料，对TiO2光催化剂进行稀土-B(RE-B)的共掺杂改性制备和性能研究，在紫外光光照下2h降解率为80.67％，降解效率低且原料对人体有害。TiO2光催化粉体在使用过程中虽然能与有机物充分接触光催化效能高,但其易团聚、不能回收和不能重复利用的缺点同样突出，以上光催化技术在其保持催化效率的同时，也有以下缺点:纳米TiO2价格昂贵、吸附性能很差、使用寿命短以及很难分离等难题。针对光催化剂反应时间长、光催化效率低、有毒等问题，合成一种高效无毒且无二次污染的光催化剂尤为重要。AlON粉末无论是理论计算或者实验工作的证据都表明铝空缺在晶体中占主要的部分，他们位于八面体间隙，这些缺陷在烧结过程中就会发生，提供足够多的电子空穴对有利于光催化进行的优势，除此之外合成的AlON粉末还具备原料廉价、活性高、粉末无毒无害、光催化剂反应时间短、效率高的优势。因此，它是一种理想的光催化剂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光催化剂。AlON粉体作为光催化剂的应用，所述作为光催化剂的AlON粉体按下述方法制备：以平均粒径为80-100nm，比表面积为1-18m2/g的α-Al2O3粉体与活性炭为原料，采用碳热还原法制备AlON粉体。进一步地，上述作为光催化剂的AlON粉体按下述方法制备：①按活性炭含量3.0-7.0％配制活性炭和α-Al2O3粉体的混合粉末，装入聚四氟乙烯罐中，氮化硅球作为磨球，无水乙醇为球磨介质，以100-350r/min转速球磨12-36h，球磨后混合粉体的比表面积为100-200m2/g；②加热步骤①所得混合粉体使其干燥，过10-100目筛，获得具有良好分散性的α-Al2O3和活性炭混合粉体；③将氧化铝板铺在柱形石墨坩埚底部，周边围有石墨纸，把步骤②所得混合粉体装入石墨坩埚中，混合粉体做人造气孔，气孔直径1-10mm，气孔间距小于25mm，盖上带有直径为0.75-3mm通孔的石墨纸，石墨纸与混合粉体上表面不接触，且混合粉体上表面距离石墨纸小于3mm；④将上述石墨坩埚置于烧结炉中，在室温下开始抽真空，当真空度达到10-2Pa时开始升温同时抽真空，升温速度1-40℃/min，在500-800℃充氮气，氮气流速为0.03-0.2L/h；烧结炉以1-40℃/min升温至1400-1600℃保温10-100min，再继续升温到1600-1800℃保温10-100min，得到纯相AlON粉体。本专利技术以α-Al2O3粉体和活性碳为原料采用碳热还原法合成AlON粉体光催化剂粉末，其中α-Al2O3和活性炭粉末球磨混合，可细使粉末充分混合并起到细化颗粒目的。底部的氧化铝板起到隔离C保护模具、调节气氛的作用；人造孔贯穿粉末，有利于氮气进入，使氮气能与粉体充分接触，为气体交换提供通道，有利于促进反应快速均匀进行，以提高粉体相组成的均匀性，有利于保证合成产物组成稳定，内侧围有的石墨纸起到保护磨具的作用，防止在反应过程中模具被消耗。另外，石墨盖上的通气孔便于氮气进入，CO排出。低温阶段边升温边抽真空有利于减少炉内气氛污染，利用较短时间内球磨获得的α-Al2O3和活性炭混合粉末，可以在较低温度、较短保温时间条件下获得表层和内部相组成均匀的纯相催化剂粉末。上述技术方案中，步骤②，优选加热步骤①所得混合粉体20min使其干燥，过10-100目筛，获得具有良好分散性的α-Al2O3和活性炭混合粉体。上述技术方案中，所述制备AlON粉体的方法还包括后处理的除碳步骤：将步骤④所得AlON粉体在空气中500-700℃保温1-8h。本专利技术的又一目的是提供一种降解亚甲基蓝降解的方法。一种降解亚甲基蓝的方法，以上述AlON粉体为光催化剂降解亚甲基蓝。本专利技术所述降解亚甲基蓝的方法优选所述亚甲基蓝与AlON粉体的摩尔比为0.003～0.025:1，进一步优选为0.0108:1。本专利技术所述降解亚甲基蓝的方法优选所述亚甲基蓝在溶液中的浓度为5-20mg/L，进一步优选为10mg/L。本专利技术所述降解亚甲基蓝的方法优选将AlON粉体置于含有亚甲基蓝的溶液中，超声处理溶液；将溶液置于光催化反应仪中，搅拌下，在发光光源的作用下处理溶液。上述技术方案中，光催化反应仪可商业购得，本文档来自技高网...

【技术保护点】
AlON粉体作为光催化剂的应用，其特征在于：所述AlON粉体按下述方法制备：以平均粒径为80‑100nm，比表面积为1‑18m2/g的α‑Al2O3粉体与活性炭为原料，采用碳热还原法制备AlON粉体。

【技术特征摘要】
1.AlON粉体作为光催化剂的应用，其特征在于：所述AlON粉体按下述方法制备：以平均粒径为80-100nm，比表面积为1-18m2/g的α-Al2O3粉体与活性炭为原料，采用碳热还原法制备AlON粉体。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述AlON粉体按下述方法制备：①按活性炭含量3.0-7.0％配制活性炭和α-Al2O3粉体的混合粉末，装入聚四氟乙烯罐中，氮化硅球作为磨球，无水乙醇为球磨介质，以100-350r/min转速球磨12-36h，球磨后混合粉体的比表面积为100-200m2/g；②加热步骤①所得混合粉体使其干燥，过10-100目筛，获得α-Al2O3和活性炭混合粉体；③将氧化铝板铺在柱形石墨坩埚底部，周边围有石墨纸，把步骤②所得混合粉体装入石墨坩埚中，混合粉体做人造气孔，气孔直径1-10mm，气孔间距小于25mm，盖上带有直径为0.75-3mm通孔的石墨纸，混合粉体上表面与石墨纸不接触，且混合粉体上表面距离石墨纸小于3mm；④将上述石墨坩埚置于烧结炉中，在室温真空度10-2Pa的条件下边升温边抽真空，升温速度1-4...

【专利技术属性】
技术研发人员：许建鑫，单英春，徐久军，尹鸿鸣，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21