一种固载型PS-CHO@CeO制造技术

本发明专利技术涉及纳米级光催化剂内一种固载型PS‑CHO@CeO

【技术实现步骤摘要】
一种固载型PS-CHO@CeO2复合催化剂的制备方法及其降解甲基橙的方法
本专利技术涉及纳米级光催化剂复合材料领域，特别涉及一种固载型PS-CHO@CeO2复合催化剂的制备方法及其紫外光催化降解甲基橙的方法。
技术介绍
稀土元素，是元素周期表第Ⅲ族副族钪、钇和镧系等17种化学元素的总称。我国年出口稀土量占世界稀土出口总量的23%，是名副其实的稀土资源大国。铈元素是稀土元素中含量最广泛的元素，约占地壳元素含量的0.0046wt％，同时也是应用较为广泛的稀土元素之一。二氧化铈（CeO2）是最具代表性的稀土氧化物，独特的立方萤石型结构和4f电子排布轨道使其广泛应用于催化、特种玻璃、燃料电池、荧光探针、汽车尾气处理、电极材料等领域。二氧化铈中同时包含三价和四价的Ce原子，因此具有氧空位，当用于化学反应时能够起到转移氧离子的作用，从而加速反应的进行。20世纪中叶，随着纳米技术的发展，纳米材料日益受到人们的关注。纳米材料是指化学物质或材料至少存在一个尺寸维度在纳米尺度范围内，与传统的材料相比，具有如：体积效应，表面效应，量子尺寸效应，宏观量子隧道效应等一系列不同的物理化学性质。纳米技术的兴起，也使二氧化铈这种传统稀土材料的研究进入新的纪元。二氧化铈的粒径降低至纳米尺寸有助于氧空位的形成，并且随着二氧化铈纳米粒子的尺寸降低，较大的比表面积会带来特殊的性质。纳米二氧化铈表面还具有更加丰富的缺陷，从而产生活泼的氧化还原性能。但是纳米二氧化铈材料存在的问题同样突出，当尺寸降低至纳米尺度时，基于胶体系统吉布斯自由能降低理论，金属氧化物难以避免出现自团聚现象，严重影响了其在催化领域的应用研究。同时从体系中回收粒径小于50nm的颗粒也较为困难，因此在维持纳米尺度的同时提高分散性对于纳米二氧化铈的应用及发展至关重要。1972年，藤岛昭与本多健一首先利用二氧化钛电极在紫外光照射下成功分解水，这一突破成为光催化研究的起点。二十世纪九十年代，围绕以n型半导体电极为基础的光催化剂研究进一步深入。除了生产氢燃料和氧气之外，研究者们还发现了光催化还有许多其他潜在的用途，例如净化污水，染料降解，杀菌，消除无机/有机气体污染物，有机反应和固定二氧化碳等。光催化是利用光驱动催化反应进程的学科，在催化剂与光同时作用下能加速化学反应的进行。光催化是以n型半导体的能带理论为基础，常用的n型半导体有二氧化钛，氧化锌，硫化镉，二氧化铈等。半导体粒子与金属相比，能带是不连续的。半导体的能带结构通常是由一个充满电子的低能价带（VB）和一个空的高能导带（CB）构成，价带和导带之间存在的区域为禁带，区域的大小通常称为禁带宽度（Eg）。光激发半导体时，入射光子的能量被存储起来。然后通过一系列的电子转移过程和表/界面反应将能量转换为化学能。与传统催化的热力学相比较，无论是自发反应(ΔG<0)还是非自发反应(ΔG>0)都可以由光催化剂推动。对于半导体材料的光催化剂来说，被光辐射的时候，当光的辐射能等于或者高于半导体的能带带宽，其表面将会产生光生电子空穴对。产生的光生电子空穴将会参与多样的氧化和还原过程，将反应物变成最终的产物。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中纳米二氧化铈因自团聚而造成催化活性降低等问题，提供一种固载型PS-CHO@CeO2复合催化剂的制备方法，以制备小尺寸，分散性好，能带间隙低的纳米二氧化铈复合材料。本专利技术的目的是这样实现的，一种固载型PS-CHO@CeO2复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：首先，制备单分散的聚苯乙烯醛基微球PS-CHO，然后以聚苯乙烯醛基微球PS-CHO为载体，氨水为沉淀剂，氧气为氧化剂，通过原位沉淀法使二氧化铈纳米粒子均匀固载于微球表面，得到纳米级的固载型PS-CHO@CeO2复合催化剂。本专利技术制备固载型PS-CHO@CeO2复合催化剂过程中，以聚苯乙烯醛基微球作为载体，为小尺寸的二氧化铈富集提供了载体，表面的醛基不仅是结合位点而且很好的阻止了纳米二氧化铈的聚集，无需额外加入分散剂即可有效提高纳米粒子的分散性。合成过程中，氨水既是沉淀剂也起到调整反应体系pH值的作用，以改进并优化Ce3+的沉淀速度，防止沉淀团聚，另外，反应体系中，二氧化铈的生成依靠空气的氧化作用，反应体系无需额外氧化剂。因此上述复合催化剂的制备过程简单高效，清洁环保，可重复性强。进一步地，原位沉淀法的具体过程为：将聚苯乙烯醛基微球与去离子水按4.5~5.5g/L浓度混合配制，然后向其中加入Ce(NO3)3，使得聚苯乙烯醛基微球PS-CHO与Ce(NO3)3的质量比为1：0.24~0.27；再向反应体系中滴加摩尔浓度为1mol/L氨水至pH=8～9，并使反应体系在70℃的恒温水浴下反应2h，得到PS-CHO@CeO2的悬浮液，最后离心分离固相，置于35℃~45℃的恒温条件下干燥24~36h。进一步地，加入Ce(NO3)3时，聚苯乙烯醛基微球PS-CHO与Ce(NO3)3的质量比为1：0.26。再进一步地，固载型PS-CHO@CeO2复合催化剂中CeO2的质量分数为23%~26%。再进一步地，制备单分散的聚苯乙烯醛基微球的步骤为：1.1）将异丙醇和聚乙烯吡咯烷酮分散剂混合，超声辅助溶解后，置于70℃恒温水浴中，机械搅拌，配制12～15g/100mL的聚乙烯吡咯烷酮的异丙醇分散液；1.2）将偶氮二异丁腈引发剂溶于苯乙烯中，制备浓度为1.6～2.0g/100mL的偶氮二异丁腈/苯乙烯引发剂溶B；1.3）将1.1）步的分散液与1.2）的引发剂按3：1的体积比混合，搅拌均匀后加入体积为引发剂体积1/2的丙烯醛，于70℃下恒温反应8～12h，然后用去离子水超声离心洗涤2-3次，干燥后得到单分散的聚苯乙烯醛基微球。本专利技术还提供一种采用上述固载型PS-CHO@CeO2复合催化剂催化降解的方法，将PS-CHO@CeO2复合催化与含甲基橙的水溶液混合，使PS-CHO@CeO2复合催化与甲基橙的质量比为4.8~5.3：1，搅拌混合均匀后加入质量浓度为30%的过氧化氢溶液，使得过氧化氢与甲基橙的质量比为1：8~9，将混合液继续搅拌30~40min，然后于紫外光下持续照射并搅拌，直至混合液颜色从橙黄色逐渐变浅至无色完成甲基橙的降解。进一步地，降解过程中的反应体系的温度为20~25℃。进一步地，降解液中混合过氧化氢溶液后，用氨水进一步将混合液的pH值调节为6.5~6.8。进一步地，紫外光照射时中心光源的光强度为2.5~3.5mW/cm2。为使PS-CHO@CeO2复合催化剂循环使用，完成甲基橙降解后的混合液中的PS-CHO@CeO2复合催化剂通过过滤分离和离心洗洗涤后，可循环使用。附图说明图1为本专利技术的PS微球和PS-CHO微球的红外光谱表征图。图2为本专利技术的PS-CHO@CeO2复合催化剂的拉曼光谱图。图3为本专利技术各材料的透射电镜图。图4为本专利技术的PS-CHO@CeO2复合催化剂和商业纳米CeO2的XRD谱图。...

【技术保护点】
1.一种固载型PS-CHO@CeO

【技术特征摘要】
1.一种固载型PS-CHO@CeO2复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：首先，制备单分散的聚苯乙烯醛基微球PS-CHO，然后以聚苯乙烯醛基微球PS-CHO为载体，氨水为沉淀剂，氧气为氧化剂，通过原位沉淀法使二氧化铈纳米粒子均匀固载于微球表面，得到纳米级的固载型PS-CHO@CeO2复合催化剂。


2.根据权利要求1所述的固载型PS-CHO@CeO2复合催化剂的制备方法，其特征在于，原位沉淀法的具体过程为：将聚苯乙烯醛基微球与去离子水按4.5~5.5g/L浓度混合配制，然后向其中加入Ce(NO3)3，使得聚苯乙烯醛基微球PS-CHO与Ce(NO3)3的质量比为1：0.24~0.27；再向反应体系中滴加摩尔浓度为1mol/L氨水至pH=8～9，并使反应体系在70℃的恒温水浴下反应2h，得到PS-CHO@CeO2的悬浮液，最后离心分离固相，置于35℃~45℃的恒温条件下干燥24~36h得到固载型PS-CHO@CeO2复合催化剂。


3.根据权利要求2所述的固载型PS-CHO@CeO2复合催化剂的制备方法，其特征在于，加入Ce(NO3)3时，聚苯乙烯醛基微球PS-CHO与Ce(NO3)3的质量比为1：0.26。


4.根据权利要求2所述的固载型PS-CHO@CeO2复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述固载型PS-CHO@CeO2复合催化剂中CeO2的质量分数为23%~26%。


5.根据权利要求1所述的固载型PS-CHO@CeO2复合催化剂的制备方法，其特征在于，制备单分散的聚苯乙烯醛基微球的步骤为：
1.1）将异丙醇和聚乙烯吡咯烷酮分散剂混合，超声辅助溶解后，置于70℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：严长浩，倪镜博，黄建锋，张明，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32