一种硫化铟锌-二氧化钛复合材料的制备方法及其在生产双氧水用于废水治理中的应用技术

本发明专利技术公开了一种硫化铟锌

【技术实现步骤摘要】
一种硫化铟锌
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二氧化钛复合材料的制备方法及其在生产双氧水用于废水治理中的应用


[0001]本专利技术涉及光催化剂领域，具体涉及一种硫化铟锌
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二氧化钛复合材料的制备方法，以及作为光催化剂在生产过氧化氢以及废水治理方面的应用。

技术介绍

[0002]水资源是人类赖以生存的重要自然资源。传统的水处理方法主要有物理处理、化学处理、物化处理和生化处理，包括过滤、中和、氧化还原、电吸附和厌氧处理等。但这些水处理方法存在能耗大、副产物多、适用范围窄、处理速度慢、处理效果差等缺点。H2O2作为公认的绿色氧化剂，具有几乎无污染的特点。它被称为最清洁的化工产品，能将有毒有害的污染物转化为无毒无害的产品。目前工业上生产H2O2的主要方法主要是蒽醌氧化法，这需要大量的能量摄入，并且依赖于大型车间，H2O2本身的传输也存在安全问题。另一种方法是通过H2和O2直接合成，这为H2O2的小规模生产提供了新的思路。然而，H2O2的产率和选择性仍有待提高，其高风险性进一步阻碍了其实际应用。因此，迫切需要一种高效、安全、经济的H2O2生产方法。近年来，光催化半导体技术作为一种温和、低能耗、无毒无害的方法，在能源领域显示出巨大的应用前景。将太阳能转化为化学能只需要水、氧气和阳光。在这个过程中，催化剂可以通过对氧气进行两步单电子或一步双电子还原来生产H2O2。
[0003]TiO2由于化学稳定性高、廉价、无毒、耐光腐蚀且具有较深的价带能级，可使一些光化学反应在TiO2表面得以实现，因此TiO2被认为是理想的半导体光催化剂，但在实际应用中TiO2存在量子效率偏低，光谱响应范围窄，对太阳能有效利用率低等缺点。为了克服以上缺点，常常对TiO2半导体进行表面修饰以抑制光生电子与空穴复合、提高量子产率以及使其光谱响应波长向可见光移动，以提高其可见光的光催化活性。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种硫化铟锌
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二氧化钛复合材料的制备方法及其在生产双氧水用于废水治理中的应用，通过熔盐法获得二氧化钛纳米棒，再利用溶剂热法在二氧化钛纳米棒表面修饰硫化铟锌纳米片，较之现有的制备方法，条件更为温和，且得到硫化铟锌
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二氧化钛异质结光催化剂，具有良好的可见光光催化性能，可光催化合成过氧化氢以及光催化降解抗生素，在生产过氧化氢及治理废水方面具有良好的应用前景。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下所述的技术方案：
[0006]本专利技术第一方面提供了一种硫化铟锌
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二氧化钛复合材料的制备方法，主要包括以下步骤：
[0007](1)将P25、磷酸氢二钠和氯化钠混合均匀，煅烧得到熔盐与二氧化钛纳米棒的混合物，通过洗涤、真空干燥、研磨获得二氧化钛纳米棒；
[0008](2)将步骤(1)所得二氧化钛纳米棒加至硫化铟锌的前驱体溶液中，加热搅拌反应，反应结束后，洗涤、真空干燥得到所述硫化铟锌
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二氧化钛复合材料。
[0009]P25是具有锐钛矿相和金红石相的二氧化钛纳米颗粒，其中锐钛矿是二氧化钛的一种亚稳相，在高于600℃的温度下容易与Na4P2O7反应形成Na4TiP2O9，而热力学稳定的金红石相在该条件下不形成该中间体。使用P25作为起始物料，在经过高温处理时，其中具有金红石相的颗粒可起到晶种的作用，而锐钛矿相颗粒可作为二氧化钛前体，通过二者共同作用可得到尺寸分布相对较窄的具有金红石相的二氧化钛晶体。
[0010]利用熔融盐法制备二氧化钛纳米棒，由于低熔点熔盐作为反应介质在反应中会产生液相，前驱体在其中有一定溶解度，从而实现离子的快速扩散，反应物的原子尺度混合。相较于常规的固相合成方法，具有需求温度低，保温时间短，合成物质成分均匀，结晶度高等优点。高结晶性改善了二氧化钛的吸收光能力，光滑细长的纳米棒结构为硫化铟锌的生长提供了合适条件，提高了载流子迁移速率。
[0011]进一步地，步骤(1)中，所述磷酸氢二钠和氯化钠质量比优选为1:4。
[0012]当磷酸氢二钠和氯化钠质量比为1:4时，体系可以达到最低的共晶温度，使反应物的溶解度和扩散率最大化。
[0013]进一步地，步骤(1)中，所述混合具体为：将P25、磷酸氢二钠和氯化钠通过研磨1～2h进行混合。
[0014]进一步地，步骤(1)中，所述煅烧的温度为800～900℃。
[0015]进一步地，步骤(1)中，所述煅烧的时间为6～8h。
[0016]进一步地，步骤(1)中，洗涤具体操作为：先研磨煅烧产物，加入沸水或稀硫酸洗涤，静置沉淀后倒掉上层清液，重复洗涤操作3～5次，再将底部沉淀物用有机溶剂洗涤2～3次。
[0017]进一步地，所述有机溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇、四氢呋喃、丙酮和乙腈中的一种或几种。
[0018]利用沸水和稀硫酸洗涤，去除煅烧产物中的熔盐，再使用低沸点与水可互溶的有机溶剂洗涤产物，以置换产物表面的水或稀硫酸易于后续的干燥。
[0019]进一步地，步骤(2)中，所述硫化铟锌的前驱体溶液具体为：氯化锌、铟盐与硫代乙酰胺试剂溶于溶剂所得的混合溶液；所述铟盐为氯化铟及其水合物中的一种，例如四水合氯化铟；所述溶剂为水和甘油的混合溶剂。
[0020]进一步地，所述混合溶剂中水和甘油的体积比为5～10:1。
[0021]进一步地，步骤(2)中，用盐酸将前驱体溶液的pH调为1～4。
[0022]进一步地，步骤(2)中，所述加热反应的温度为70～100℃；所述加热的时间为2～4h。
[0023]在相对较温和的条件下，氯化锌、四水合氯化铟和硫代乙酰胺前驱体即可构建S
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Zn
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S
‑
In
‑
S
‑
In
‑
S化学键，在二氧化钛纳米棒上自主装形成硫化铟锌纳米片。
[0024]进一步地，步骤(1)及步骤(2)中，所述干燥的温度均为50～70℃。
[0025]本专利技术第二方面提供了一种硫化铟锌
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二氧化钛复合材料作为光催化剂在生产过氧化氢以及废水治理方面的应用。
[0026]进一步地，所述光催化生产过氧化氢具体为：将硫化铟锌
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二氧化钛复合材料加至水中，在空气或氧气存在的条件下进行光照，产生过氧化氢；所述硫化铟锌
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二氧化钛复合材料中硫化铟锌与二氧化钛的质量比为1.5～2.25:1；所述光照的波长为400～760nm；所述
光照时间为3～5h。
[0027]进一步地，当硫化铟锌
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二氧化钛复合材料中硫化铟锌与二氧化钛的质量比为1.75:1时，产生过氧化氢的速率为1530μmol h
‑1g
‑1，即浓度为3.06mmol L
‑1。
[0028]进一步地，所述光催化降解抗生素具体为：将硫化铟锌
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二氧化钛复合材料加至含有抗生素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫化铟锌
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二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将P25、磷酸氢二钠和氯化钠混合均匀，煅烧得到熔盐与二氧化钛纳米棒的混合物，通过洗涤、真空干燥、研磨获得二氧化钛纳米棒；(2)将步骤(1)所得二氧化钛纳米棒加至硫化铟锌的前驱体溶液中，加热搅拌反应，反应结束后，洗涤、真空干燥得到所述硫化铟锌
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二氧化钛复合材料。2.根据权利要求1所述的一种硫化铟锌
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二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述煅烧的温度为800～900℃；所述煅烧的时间为6～8h。3.根据权利要求1所述的一种硫化铟锌
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二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，洗涤具体操作为：先研磨煅烧产物，加入沸水或稀硫酸洗涤，静置沉淀后倒掉上层清液，重复洗涤操作3～5次，再将底部沉淀物用有机溶剂洗涤2～3次；所述有机溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇、四氢呋喃、丙酮和乙腈中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种硫化铟锌
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二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述硫化铟锌的前驱体溶液具体为：氯化锌、铟盐与硫代乙酰胺试剂溶于溶剂所得的混合溶液；所述铟盐为氯化铟及其水合物中的一种；所述溶剂为水和甘油的混合溶剂，所述水和甘油的体积比为5～10:1；用盐酸将前驱体溶液的pH调为1～4。5.根据权利要求1所述的一种硫化铟锌
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二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述加热反应的温度为70～100℃；所述加热的时间为2～4h。6.根据权利要求1所述的一种硫化铟锌
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【专利技术属性】
技术研发人员：胡俊蝶，陈操，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：