一种中空N,B-GQDs-CdS@TiO2纳米催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种中空N,B

【技术实现步骤摘要】
一种中空N,B
‑
GQDs
‑
CdS@TiO2纳米催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于光催化剂
，涉及种中空N,B
‑
GQDs
‑
CdS@TiO2纳米催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]催化剂最早由瑞典化学家贝采里乌斯发现，距今有100多年的历史，催化剂的种类很多，而且在化工生产中具有重要而广泛的应用。其中光催化剂作为催化剂中的重要分支，于1972年Fujishima在紫外光照射下采用TiO2降解水时发现。自此以后便引起了半导体光催化剂的研究热潮，而光催化降解污染物则成为其中一个广受关注的研究方向。光催化剂通常是以TiO2、银基材料、钨基材料、ZnO、CdS等半导体材料为基础进行光催化降解的一类物质的总称，主要利用太阳光和紫外光发射的能量激发半导体中价带电子跃迁到高能导带，从而在价带留下电子、空穴，由此产生一部分光生电子(e
‑
)和空穴(h
+
)扩散到光催化剂的表面，最终与吸附在光催化剂表面的电子或电子受体发生氧化还原反应，从而形成由光催化剂的活性基团引发的系列化学反应。光催化剂因具有合适的能带电位、高化学稳定性、无毒无害、较高的光电转换效率、低成本、高活性等优点，而成为化工生产中不可替代的优选材料，广泛应用于有机合成、催化化学、环境治理、电化学和生物化学等领域。目前，大部分光催化剂是以TiO2为基础进行负载、改性及复合等方法制备，但是由于催化剂自身条件的限制，该类光催化剂易出现光生电子和自身空穴发生复合，导致催化剂表面的活性位点丢失，进而降低光催化效率，阻碍了其进一步发展。因此对传统光催化剂进行改性来制备出高效率的光催化剂势在必行。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的就是提供一种中空N,B
‑
GQDs
‑
CdS@TiO2纳米催化剂及其制备方法与应用，用于解决现有光催化剂对有机污染物的光催化降解效率低的问题。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0005]一种中空N,B
‑
GQDs
‑
CdS@TiO2纳米催化剂的制备方法，包括：
[0006]1)将N,B
‑
GQDs与PS@CdS配制成混合溶液，并依次经过静置与加热反应后，得到N,B
‑
GQDs
‑
PS@CdS；
[0007]2)向有机溶剂中分别加入N,B
‑
GQDs
‑
PS@CdS、钛源、聚乙烯吡咯烷酮，混合均匀，再加入去离子水并搅拌，之后依次经过水热反应与高温煅烧，即得到中空N,B
‑
GQDs
‑
CdS@TiO2纳米催化剂。
[0008]进一步地，步骤1)中，所述的N,B
‑
GQDs与PS@CdS的质量比为(1
‑
3):5；
[0009]静置过程中，静置温度为室温，静置时间为2
‑
8h；
[0010]加热反应在惰性气体保护下进行，反应温度为80
‑
120℃，反应时间为1
‑
2h。
[0011]进一步地，步骤1)中，所述的N,B
‑
GQDs的制备方法包括：
[0012]将柠檬酸、尿素、四硼酸钠以摩尔比1:(2
‑
4):(0.5
‑
1.5)配制成混合水溶液，并超
声分散，再在160
‑
200℃下反应4
‑
8h后，依次经过冷却、旋蒸、干燥，即得到所述的N,B
‑
GQDs。
[0013]进一步地，步骤1)中，所述的PS@CdS的制备方法包括以下步骤：
[0014]S1，将水、碳酸氢钠、对苯乙烯磺酸钠及苯乙烯在60
‑
80℃下混合，调节pH至8
‑
9，再在惰性气体保护下加入引发剂，并搅拌反应10
‑
14h，得到聚苯乙烯微球溶液；
[0015]S2，将聚苯乙烯微球溶液与乙醇混合，并超声处理20
‑
40min，得到聚苯乙烯乙醇溶液；将二水合乙酸镉、聚乙烯吡咯烷酮、九水硫化钠及水混合，得到水溶液；
[0016]S3，将聚苯乙烯乙醇溶液与水溶液以体积比(1
‑
5):20混合均匀，并在70
‑
90℃下反应2
‑
3h，即得到所述的PS@CdS；
[0017]其中，所述的水、碳酸氢钠、对苯乙烯磺酸钠、苯乙烯及引发剂的投料比为(120
‑
180)mL:(0.02
‑
0.08)g:(0.05
‑
0.10)g:(20
‑
25)mL:(0.1
‑
0.5)g；
[0018]所述的聚苯乙烯微球溶液与乙醇的体积比为1:(3
‑
8)；
[0019]所述的二水合乙酸镉、聚乙烯吡咯烷酮、九水硫化钠的质量比为(0.1
‑
0.2):(0.05
‑
0.15):(0.2
‑
0.6)。
[0020]作为优选的技术方案，所述的二水合乙酸镉与九水硫化钠的用量以Cd
2+
:S2‑
＝1:2时效果最佳。
[0021]进一步地，步骤2)中，所述的钛源包括钛酸四丁酯；
[0022]所述的N,B
‑
GQDs
‑
PS@CdS、钛源、聚乙烯吡咯烷酮的投料比为(0.05
‑
0.15)g:(0.01
‑
0.03)mL:(0.05
‑
0.15)g。
[0023]进一步地，步骤2)中，搅拌过程中，搅拌温度为25
‑
35℃，搅拌时间为1.5
‑
2.5h；
[0024]水热反应中，反应温度为160
‑
200℃，反应时间为10
‑
14h；
[0025]高温煅烧中，煅烧温度为350
‑
450℃，煅烧时间为2
‑
6h。
[0026]一种中空N,B
‑
GQDs
‑
CdS@TiO2纳米催化剂，采用如上所述的方法制备而成。
[0027]一种中空N,B
‑
GQDs
‑
CdS@TiO2纳米催化剂的应用，所述的中空N,B
‑
GQDs
‑
CdS@TiO2作为光催化剂，用于对亚甲基蓝等有机污染物的光催化降解反应。
[0028]本专利技术提供一种通过控制反应时间、钛酸四丁酯和九水硫化钠的用量制备最优中空N,B
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中空N,B
‑
GQDs
‑
CdS@TiO2纳米催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括：1)将N,B
‑
GQDs与PS@CdS配制成混合溶液，并依次经过静置与加热反应后，得到N,B
‑
GQDs
‑
PS@CdS；2)向有机溶剂中分别加入N,B
‑
GQDs
‑
PS@CdS、钛源、聚乙烯吡咯烷酮，混合均匀，再加入去离子水并搅拌，之后依次经过水热反应与高温煅烧，即得到中空N,B
‑
GQDs
‑
CdS@TiO2纳米催化剂。2.根据权利要求1所述的一种中空N,B
‑
GQDs
‑
CdS@TiO2纳米催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的N,B
‑
GQDs与PS@CdS的质量比为(1
‑
3):5；静置过程中，静置温度为室温，静置时间为2
‑
8h；加热反应在惰性气体保护下进行，反应温度为80
‑
120℃，反应时间为1
‑
2h。3.根据权利要求1所述的一种中空N,B
‑
GQDs
‑
CdS@TiO2纳米催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的N,B
‑
GQDs的制备方法包括：将柠檬酸、尿素、四硼酸钠配制成混合水溶液，并超声分散，再在160
‑
200℃下反应4
‑
8h后，即得到所述的N,B
‑
GQDs。4.根据权利要求3所述的一种中空N,B
‑
GQDs
‑
CdS@TiO2纳米催化剂的制备方法，其特征在于，所述的柠檬酸、尿素、四硼酸钠的摩尔比为1:(2
‑
4):(0.5
‑
1.5)。5.根据权利要求1所述的一种中空N,B
‑
GQDs
‑
CdS@TiO2纳米催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的PS@CdS的制备方法包括以下步骤：S1，将水、碳酸氢钠、对苯乙烯磺酸钠及苯乙烯在60
‑
80℃下混合，调节pH至8
‑
9，再在惰性气体保护下加入引发剂，并搅拌反应10
‑
14h，得到聚苯乙烯微球溶液；S2，将聚苯乙烯微球溶液与乙醇混合，并超声处理20
‑
40min，得到聚苯乙烯乙醇溶液；将二水合乙酸镉、聚乙烯吡咯烷酮、九水硫化钠及水混合，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：左宁，孙梦，马莹莹，张梦竹，王磊，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：