一种锌/锑双组分负载型纳米碳化硅材料光催化去除甲醛的方法技术

本发明专利技术属于生态环保材料技术领域，具体涉及一种锌/锑双组分负载型纳米碳化硅材料光催化去除甲醛的方法。本发明专利技术以硫酸锌为锌前体，以酒石酸氧锑钾为锑前体，通过水热法负载于氨基化改性的纳米碳化硅颗粒上形成一种高比表面积的催化材料，可用于催化降解室内甲醛气体、车内甲醛气体、甲醛废水及其酚醛树脂废水。

Photocatalytic removal of formaldehyde from zinc / antimony bicomponent supported nano silicon carbide

The invention belongs to the technical field of ecological environmental protection materials, in particular to a method for photocatalytic removal of formaldehyde by zinc / antimony two component loading nano silicon carbide material. The invention takes zinc sulfate as zinc precursor and antimony oxide potassium tartrate as antimony precursor, and forms a high specific surface area catalytic material on the nano silicon carbide particles modified by aminated modified silicon carbide particles by hydrothermal method. It can be used to catalyze the degradation of indoor formaldehyde gas, internal formaldehyde gas, formaldehyde waste water and phenolic resin wastewater.

【技术实现步骤摘要】
一种锌/锑双组分负载型纳米碳化硅材料光催化去除甲醛的方法
本专利技术属于生态环保材料
，具体涉及一种锌/锑双组分负载型纳米碳化硅材料光催化去除甲醛的方法。
技术介绍
甲醛(formaldehyde)属于高挥发性有机化合物(volatileorganicchemicals，Vocs),在常温下是无色有刺激性气味的气体，极易溶于水，是一种化学性质比较活泼的小分子醛类化合物，一旦人员暴露量超过允许量，即对眼、呼吸道粘膜产生强烈刺激、高浓度接触可引起肝脏损伤和免疫损伤等毒性作用。甲醛是一种具有较高毒性的破坏生物细胞蛋白质的原生质毒物，能与蛋白质的氨基结合，使蛋白质变性凝固。近年来在工人间进行的流行病学调查认为甲醛暴露与白血病，特别是骨髓白血病有密切联系。因此，人们越来越关注室内甲醛的去除，市场上也随之出现了多样化的除醛产品，其中甲醛去除剂的使用最为广泛。市场中销量较高、使用广泛的甲醛去除剂主要分为光触媒甲醛去除剂和生物酶甲醛去除剂两种。生物酶甲醛去除剂虽然绿色无污染，但是其活性成分多为蛋白多肽稳定性差，限制了其应用的范围。光触媒甲醛去除剂多以光催化材料为主要成分，其通过吸收一定光源的能量，产生带负电荷的活性电子和对应带正电荷的空穴，活性电子与催化剂表面吸附的氧气发生还原反应生成.Ｏ2-自由基，空穴能与催化剂表面吸附的水分子或者羟基发生氧化反应生成·OH自由基，生成的两种自由基具有很高的化学活性，能与甲醛反应生成二氧化碳和水，从而达到去除甲醛的目的，并且不产生二次污染。用于除甲醛的光催化剂多为半导体材料，如TiO2、BiO3（EffectofpeptizingconditionsonnanometerpropertiesandphotocatalyticactivityofTiO2hydrosolspreparedbyH2TiO3[J]JournalofHazardousMaterials,2008,155(1):90）；还有利用纳米氧化镁对甲醛进行吸收的，纳米氧化镁颗粒具有很高的反应活性，羰基和表面的氧化镁单元形成牢固的四元环，使得甲醛中羰基的活性降低（TheoreticalStudyoftheAdsorptionofFormaldehydeonMagnesiumOxideNanosurfaces:SizeEffectsandtheRoleofLow-CoordinatedandDefectSites[J]J.Phys.Chem.B2004,108,18140-18148）。这些光电催化中尤其以TiO2催化活性最高、稳定性最好，但其光电转化效率低（仅在紫外光区范围内具有较好的催化效果，可见光下效果差）而且催化剂容易失活，所以限制了TiO2的催化应用。由于非TiO2催化的体系具有优异的光催化效率，引起了广大研究者的兴趣，如Zn2SnO4体系（TransformationprocessandphotocatalyticactivitiesofhydrothermallysynthesizedZn2SnO4nanocrystals,J.Phys.Chem.C112(2008)4159–4167），但其制备的材料比表面积往往比较低，而且制备工艺较为繁琐。寻找新的吸附材料与非TiO2催化材料结合用来制备新的去除甲醛的材料是现阶段的研发热点，同样有着诱人的市场应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型高比表面积的锌/锑双组分负载型纳米碳化硅材料，本专利技术以硫酸锌为锌前体，以酒石酸氧锑钾为锑前体，通过水热法负载于氨基化改性的纳米碳化硅颗粒上形成一种高比表面积的催化材料，可用于催化降解室内甲醛、车内甲醛、甲醛废水及其酚醛树脂废水。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种高比表面积的锌/锑双组分负载型纳米碳化硅材料的制备方法，包括以下步骤：1）将七水硫酸锌、酒石酸氧锑钾三水合物置于水溶液中，然后加入十六烷基三甲基溴化铵搅拌10-30min得第一混合液；按摩尔比计算，七水硫酸锌：酒石酸氧锑钾三水合物：十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为2-3:1：0.3-0.4；2）向第一混合液中加入纳米碳化硅颗粒，升温至60-80℃搅拌分散均匀后缓慢滴加氢氧化钾水溶液，调节pH至10-11析出固体颗粒沉积到纳米碳化硅颗粒表面和孔径内，然后保温搅拌24h得黑色混合液；所述纳米碳化硅颗粒重量为酒石酸氧锑钾三水合物重量的100-150倍；3）将黑色混合液置于水热反应釜中于200-260℃的外温下水热反应48h，降温至室温、沉淀物过滤、水洗、乙醇洗涤、干燥得高比表面积的锌/锑双组分负载型纳米碳化硅材料；所述干燥为氮气氛围下于150-160℃下煅烧2-3h。优选的，步骤2）所述加入纳米碳化硅颗粒为氨基化纳米碳化硅颗粒，所述氨基化纳米碳化硅颗粒由以下改性方法制备而得：1）将10.0g纳米碳化硅颗粒置于100ml甲苯溶液中，然后加入0.3g乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷在氮气氛围下回流反应2-5h；2）降温至室温，过滤、丙酮洗涤、干燥后得硅烷化表面改性的纳米碳化硅颗粒；试验中为了克服纳米碳化硅颗粒易聚集的问题，专利技术首先将纳米碳化硅颗粒进行硅烷化处理，硅烷化处理后下步进行硝基化，使硝基在纳米碳化硅表面分布更加均匀；3）将硅烷化表面改性的纳米碳化硅颗粒置于10ml浓硝酸和浓硫酸的混合溶液中浸渍超声24h，然后过滤，水洗、干燥得硝基化纳米碳化硅；所述浓硝酸和浓硫酸的混合液中浓硫酸与浓硝酸的重量比为1:1；4）将硝基化纳米碳化硅置于2mol/L盐酸的乙醇溶液中，加入1.2g锌粉回流反应2-3h后过滤、水洗、干燥得氨基化纳米碳化硅颗粒；本专利技术对载体纳米碳化硅进行硅烷化-硝基化-氨基化处理后使纳米碳化硅表面和孔径内负载了部分氨基，单纯纳米碳化硅颗粒对甲醛的吸附效果很弱，仅存在部分的物理吸附作用；硅烷化和氨基化处理后的纳米碳化硅由于表面负载了硅氧基和氨基，加大了与甲醛的吸附作用，而且氨基和甲醛可存在部分的化学吸附作用，可将低浓度的甲醛聚集进行吸附和聚集，从而使制备出的锌/锑双组分负载型纳米碳化硅材料克服了仅能够降解低浓度的甲醛，无法降解高浓度的甲醛的问题，而且大大缩短了甲醛降解时间；另外，首先进行硅烷化处理解决了后期氨基化过程中碳化硅颗粒容易聚集导致硝基在碳化硅表面分布不均，最终硝基还原后催化剂吸附效果差的的缺点；而且在一定程度上增加了载体对锌/锑组分的结合力，使活性组分不宜流失，从而保证了催化剂的稳定性。本专利技术以酒石酸氧锑钾三水合物为锑前体，将锑元素引入到锌负载到碳化硅载体上形成锌/锑双组分负载的纳米碳化硅催化材料，比单纯碳化硅负载锌相比大大提高了材料的光感性能，从紫外吸收区域延伸到了400nm以外的可见光区，使其对光的感应在紫外和可见光区均具有较好的吸收，并且对甲醛有较强的催化活性，解决了仅能够利用紫外光进行催化降解甲醛的缺点。根据本专利技术的另一个方面，本专利技术提供了一种高比表面积的锌/锑双组分负载型纳米碳化硅材料的用途，在紫外-可见光下，用于催化降解甲醛废水：具体催化降解甲醛废水方案如下：1）配制1L含600mg/L甲醛的水溶液，将pH调节至碱性，然后加入高比表面积的锌/锑双组分负载型纳米碳化硅材料0.5-10.0g搅拌均匀得待处理甲醛废水溶液；2）将待处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高比表面积的锌/锑双组分负载型纳米碳化硅材料的制备方法，包括以下步骤：1）将七水硫酸锌、酒石酸氧锑钾三水合物置于水溶液中，然后加入十六烷基三甲基溴化铵搅拌10‑30min得第一混合液；2）向第一混合液中加入纳米碳化硅颗粒，升温至60‑80℃搅拌分散均匀后缓慢滴加氢氧化钾水溶液，调节pH至10‑11析出固体颗粒沉积到纳米碳化硅颗粒表面和孔径内，然后保温搅拌24h得黑色混合液；3）将黑色混合液置于水热反应釜中于200‑260℃的外温下水热反应48h，降温至室温、沉淀物过滤、水洗、乙醇洗涤、干燥得高比表面积的锌/锑双组分负载型纳米碳化硅材料。

【技术特征摘要】
1.一种高比表面积的锌/锑双组分负载型纳米碳化硅材料的制备方法，包括以下步骤：1）将七水硫酸锌、酒石酸氧锑钾三水合物置于水溶液中，然后加入十六烷基三甲基溴化铵搅拌10-30min得第一混合液；2）向第一混合液中加入纳米碳化硅颗粒，升温至60-80℃搅拌分散均匀后缓慢滴加氢氧化钾水溶液，调节pH至10-11析出固体颗粒沉积到纳米碳化硅颗粒表面和孔径内，然后保温搅拌24h得黑色混合液；3）将黑色混合液置于水热反应釜中于200-260℃的外温下水热反应48h，降温至室温、沉淀物过滤、水洗、乙醇洗涤、干燥得高比表面积的锌/锑双组分负载型纳米碳化硅材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1）中按摩尔比计算，七水硫酸锌：酒石酸氧锑钾三水合物：十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为2-3:1：0.3-0.4。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2）所述纳米碳化硅颗粒重量为酒石酸氧锑钾三水合物重量的100-150倍。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3）所述干燥为氮气氛围下于150-160℃下煅烧2-3h。5.根据权利要求1所述的制备方法，特征在于：步骤2）所述加入纳米碳化硅颗粒为氨基化纳米碳化硅颗粒。6.根据权利要求5所述的制备方法，特征在于：所述氨基化纳米碳化硅颗粒由以下制备方法制备：1）将10.0g纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕桂兰，张孝顺，文婷婷，董晓娜，季辉，
申请(专利权)人：吕桂兰，
类型：发明
国别省市：辽宁,21