一种CdSQDs负载在BPEI修饰的五氧化二铌催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种CdS QDs负载在BPEI修饰的Nb2O5催化剂及制备方法和应用，先通过修饰剂BPEI修饰Nb2O5，通过静电自组装方法在载体上嫁接氨根基团，从而使其带上正电荷，然后在通过静电自组装方法将带负电荷的CdS QDs负载在BPEI修饰的Nb2O5，制得CdS QDs/BPEI

【技术实现步骤摘要】
一种CdS QDs负载在BPEI修饰的五氧化二铌催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于环境保护及空气净化领域，具体是涉及一种以CdS QDs负载在BPEI修饰的Nb2O5催化剂及制备方法和应用，该负载型CdS QDs催化剂可以显著提高可见光下NO去除效率。

技术介绍

[0002]自从上世纪70年代以来，环境污染的不断恶化如酸雨问题、温室效应、臭氧层空洞问题和水质污染等，这些是已经严重危害了人类正常生活和健康的环境问题。其中，在我国城市大气污染中，汽车尾气排放所占比例已超过70%。自从1886年第一辆汽车诞生以来，汽车在物流技术、运输技术的高度发达给人类带来方便快捷，且已经成为人类不可缺少的交通运输工具，但万事有利便有弊，我们看到汽车产业的高速发展、汽车产量和保有量不断增加，据不完全统计，2020年中国私家车总量已经达到2.6亿辆。尽管国家对汽车尾气排放已经有了严格的标准，但汽车尾气中不可避免会存在一定的有毒气体如一氧化碳、碳氢化合物、铅及硫氧化合物，特别是氮氧化合物NO
x
。除了来源于汽车尾气，NO
x
还来自于大型化工厂的固定动力燃料（如煤，石油等）的燃烧。NO
x
作为造成大气污染的主要污染物源之一，其对生态环境造成了众多的负面影响，如酸雨、光化学烟雾、臭氧层损耗、温室效应(间接影响)等。人类长期接触氮氧化物会引起慢性咽喉炎、慢性支气管炎等，也会引发不同程度的神经衰弱综合症及牙齿酸蚀症。此外，氮氧化物还会诱发肺细胞癌变。人类吸入氮氧化物除对呼吸道有刺激作用外，还可引起高铁血红蛋白血症。
[0003]目前，NO
x
（95%为NO）的去除主要包括燃料燃烧的前处理，燃烧方式的改进，以及尾气的后处理等方法。燃烧的前处理法主要是指燃料的脱氮处理，从而减少燃烧过程中尾气NO
x
的生成量，但由于成本以及工艺的限制，目前的脱氮工艺仍未得到很好的开发和研究。燃烧方式的改进主要是采用空气分级燃烧技术，燃料分级燃烧物技术以及烟气的循环再燃烧技术等。而对于汽车尾气主要涉及到的是机内净化技术，如改进发动机的结构、工作方式及其控制装置，已达到提高燃烧效率，减少NO
x
的排放量的目的。而尾气后处理技术目前仍然是降低NO
x
含量最为行之有效的方法，其中又以催化氧化和催化还原两种研究应用最为广泛。
[0004]NO的催化氧化和传统的NO
x
的吸收十分类似。主要是指NO在较低浓度时在催化剂的作用下被直接氧化生成亲水相的NO3‑
和NO2‑
吸附在固相催化剂表面，最后通过水洗转移至液相去除。其主要的涉及如下的反应：
另外，NO氧化也是高浓度的汽车尾气去除时氮氧化物存储还原（NSR）、工业脱硝选择性催化还原（SCR）、选择性催化氧化（SCO）的关键步骤。
[0005]此外，低浓度的NO光催化氧化去除在室内和室外能有很好的应用前景，它只需要借助室内的灯光或者室外的太阳光就可以将低浓度的NO直接氧化，然后通过室内人工擦拭或者室外雨水的冲刷将催化剂表面吸附的硝酸盐和亚硝酸盐冲洗掉从而让光催化剂重新展现出很好的光催化活性，这样有利于催化剂的重复利用。
[0006]因此，如何提高室温下去除NO反应活性和NO3‑
的选择性，降低NO2的转化率对于大气环境或室内低浓度NO净化有着重要的意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术在室温下通过引入可见光可以提高负载CdS QDs催化剂光催化去除NO性能的方法。其目的在于克服室温下光催化去除NO的不足，提高催化剂在室温下的活性及对硝酸根选择性，降低NO2的转化率，提供一种以CdS QDs负载在BPEI修饰的Nb2O5催化剂及制备方法和应用。其通过将CdS QDs负载在BPEI修饰的Nb2O5上，以利用可见光作用提高CdS QDs负载型催化剂催化去除NO的性能，解决了常规CdS QDs负载型催化剂及单纯载体在光催化氧化过程中的不稳定性及活性低的问题，且该催化剂制备方法简单易行，有利于推广应用。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用下如下技术方案：一种以CdS QDs负载在BPEI修饰的Nb2O5催化剂，其是以BPEI
‑
Nb2O5为载体，CdS QDs为活性组分构成的高分散负载型光催化剂，其中，活性组分CdS QDs的含量为0.1～3wt%。
[0009]如上所述负载型CdS QDs催化剂在可见光照下，在够在室温下实现低浓度NO的光催化去除，且在测试循环中保持稳定。
[0010]如上述负载型CdS QDs催化剂的制备方法，采用BPEI作为修饰剂，通过静电自组装的作用实现在Nb2O5载体上嫁接氨根基团；在利用静电自组装方法在所得的BPEI
‑
Nb2O5载体上负载活性组分CdS QDs，其包括以下步骤：（1）将草酸铌铵溶于去离子水中，待其完全水解，滴加H2O2，搅拌30 min，置于高压釜在150
‑
180℃水热12
‑
18 h后离心，去离子水洗涤数次，60
‑
80℃干燥8
‑
12 h，得Nb2O5前驱体，再将该前驱体置于坩锅中在400
‑
600℃煅烧4
‑
6 h，得Nb2O5载体。
[0011]（2）将BPEI和Nb2O5溶于无水乙醇，超声2 h，再将该混合物置于水浴回流4 h，离心，无水乙醇和去离子水洗涤数次，80℃干燥，得氨基化的Nb2O
5，
即BPEI
‑
Nb2O5。
[0012]（3）将一定量的CdCl2和MPA混合在去离子水中，并通过逐滴添加NaOH溶液将PH值调节至约10。将该溶液置于三颈烧瓶中，将空气抽净并用氩气替代。紧接着将新鲜制备的Na2S溶液在室温下加入到混合物溶液中，得到亮黄色透明溶液。随后，将该反应混合物加热到100℃，冷凝回流。最后，将该亮黄色透明溶液保持在100℃下搅拌约0.5 h，从而促进CdS QDs的生长。冷却后，通过添加乙醇离心分离出沉淀物，然后再分散在水中以进一步使用。
[0013]（4）将一定量的CdS QDs和BPEI
‑
Nb2O5混合在去离子水中，水浴回流4 h，离心，去离子水洗涤数次，80℃干燥，得CdS QDs负载在BPEI修饰的Nb2O5，即CdS QDs/BPEI
‑
Nb2O5。
[0014]所述的CdS QDs溶液的浓度为1 mg/mL；所述的NaOH溶液的浓度为5 mol/L。
[0015]所得的负载型CdS QDs催化剂可用于大气环境或室内低浓度NO的去除。
[0016]本专利技术的显著优点在于：（1）本专利技术以通过BPEI修饰后Nb2O5得到了无毒绿色的BPEI
‑
Nb2O5为半导体作为载体，可以发现BPEI修饰后的Nb2O5对NO去除的活性有明显提高，来源于氨根基团对NO具有一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CdS QDs负载在BPEI修饰的Nb2O5催化剂，其特征在于：所述催化剂是以支化的聚乙烯亚胺修饰的Nb2O5为载体，硫化镉量子点为活性组分的高分散负载型催化剂；其中CdS QDs在催化剂的含量为0.5～3 wt%。2.一种制备如权利要求1所述的制备CdS QDs负载在BPEI修饰的Nb2O5催化剂的方法，其特征在于：以BPEI为修饰剂通过静电自组装方法实现对Nb2O5氨基化，使其带上正电荷；再次利用静电自组装方法在所得的BPEI
‑
Nb2O5载体上负载活性组分CdS QDs。3.根据权利要求2所述的CdS QDs负载在BPEI修饰的Nb2O5催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：利用水热法制得Nb2O5载体；以BPEI为修饰剂，利用静电自组装方法在步骤（1）制得的载体氨基化，得BPEI
‑
Nb2O5；利用静电自组装方法在步骤（2）制得的BPEI
‑
Nb2O5负载活性组分CdS QDs，得到CdS QDs负载在BPEI修饰的Nb2O5催化剂。4.根据权利要求3所述的CdS QDs负载在BPEI修饰的Nb2O5催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）具体为：将草酸铌铵溶于去离子水中，待其完全水解，滴加H2O2，搅拌30 min，置于高压釜在150
‑
180℃水热12
‑
18 h后离心，去离子水洗涤，60
‑
80℃干燥8
‑
12 h，得Nb2O5前驱体，再将该前驱体置于坩锅中在400
‑
600℃煅烧4
‑
6 h，得Nb2O5载体。5.根据权利要求3所述的CdS QDs负载在BPEI修饰的Nb2O5催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）具体为：将BPEI和步骤（1）...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴文新，江文杰，宋昕杰，付贤智，员汝胜，张子重，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：