【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境催化，具体涉及一种al3+改性的k-oms-2光催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
1、挥发性有机物(vocs)是一类对人体及环境有污染效应的挥发性有机物的统称，甲苯，是典型的vocs之一，其具有使人体易致癌、致畸与致突变等性质，室内超标的甲苯浓度将严重影响人体健康，因此，保证人体健康，亟需开发经济高效的去除甲苯技术。光催化氧化技术可以在温和条件下实现污染物的完全降解，具有绿色、高效且无二次污染等优点，近年来广受关注，k-oms-2作为一种常见的过渡金属半导体催化剂，具有经济高效、廉价低毒等优势，在光催化领域具有一定的应用前景。
2、k-oms-2是一类常见的二氧化锰(mno2)，其含量丰富，用途广泛，同时较窄的禁带宽和优异的光吸收性能，是一种潜在的光催化材料。但是，其存在如下缺陷：(一)因为禁带宽窄，光生电子-空穴对容易在催化剂内部发生复合，较短的寿命导致参与反应的光生电子-空穴对较少，光催化效率较低；(二)k+的存在有利于增强k-oms-2对甲苯的吸附，但不利于反应中间体在催化剂表面的脱附，覆盖反应位点、降低反应速率，从而催化剂中毒。
3、离子掺杂是一种简易有效的改性手段，其可以有效改善半导体材料的性质，优化材料的本征光电特性、载流子浓度、电荷转移效率以及活性氧物种浓度。目前，k-oms-2离子掺杂改性主要关注于过渡金属离子或碱(土)金属离子，而对价格较低且地壳中含量丰富的铝(al)元素却关注较少。本专利技术首次发现了al3+改性k-oms-2纳米棒光催化剂可以提升光催化氧化甲苯的
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述问题，本专利技术所要解决的第一技术问题在于提供一种al3+改性的k-oms-2光催化剂的制备方法，通过简单水热反应一步合成al3+改性的k-oms-2光催化剂，工艺简单，方便大量生产。本专利技术所要解决的第二技术问题在于提供一种al3+改性的k-oms-2光催化剂，有良好的光吸收性和氧化还原能力。本专利技术所要解决的第三技术问题在于提供一种al3+改性的k-oms-2光催化剂在催化氧化vocs中的应用，可将甲苯转化为无毒的co2，减少环境污染。
2、为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种al3+改性的k-oms-2光催化剂的制备方法，将mnso4·h2o、kmno4、al(no3)3·9h2o、浓硝酸和去离子水混合，发生水热反应，反应结束后经过冷却、离心、洗涤、干燥、煅烧和研磨，得到al-km光催化剂。
4、进一步的，所述水热反应的温度为160℃，反应时间为4h。
5、进一步的，所述干燥温度为110℃，干燥时间为12h。
6、进一步的，所述混合溶液中al元素与mn元素的原子比为1：9。
7、进一步的，所述mnso4·h2o和kmno4的质量比为2.48：1.66。
8、进一步的，所述煅烧温度为300℃，煅烧时间为6h。
9、进一步的，所述浓硝酸的加入量为3ml。
10、进一步的，所述方法制备得到的al3+改性的k-oms-2光催化剂。
11、进一步的，所述的al3+改性的k-oms-2光催化剂在催化氧化vocs中的应用。
12、进一步的，所述vocs为甲苯。
13、有益效果：相比于现有技术，本专利技术的优点为：
14、(1)本专利技术所制备的al-km光催化剂，其制备工艺简单，低毒，绿色清洁，有工业化应用的前景，并且该催化材料表现出优异的去除低浓度甲苯性能，在治理室内低浓度挥发性有机污染物方面具有一定的应用价值。
15、(2)本专利技术所制备的al-km光催化剂，al3+掺入k-oms-2的骨架当中，一定程度上改变了k-oms-2主体锰离子价态比例、活性氧物种含量。掺入骨架中的al3+使催化剂骨架内部形成了更多氧空位，提高了对甲苯的深度氧化能力。同时，其增强了催化剂吸光能力，并优化了氧化还原电位，有利于延长光生电子-空穴对的寿命，从而增强催化剂对于甲苯的光催化降解能力。
16、(3)本专利技术所制备的al-km光催化剂可以作为性能优良的光催化剂，掺杂于骨架的al3+以其丰富的氧空位实现了吸附和氧化能力的双重增强，有利于增强甲苯的吸附与后续深度氧化过程，从而有效地提升了催化材料的光催化性能。因此，在室内环境中的挥发性有机物光催化净化方面，al-km具有广阔的应用前景。
17、(4)本专利技术引入al3+后，k-oms-2的光电性质增强，光生电子-空穴对的复合效率降低，有利于活性自由基的生成，进而多方面增强了催化剂氧化甲苯的能力。
18、(5)本专利技术利用地壳含量丰富的al元素一步法掺杂k-oms-2催化剂制备出al-km光催化剂，在仅使用光照的条件下，能够实现室内挥发性污染物甲苯的高效绿色降解，技术操作简便，应用场景丰富，可用于室内环境中的污染物消除。
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1.一种Al3+改性的K-OMS-2光催化剂的制备方法，其特征在于，将MnSO4·H2O、KMnO4、Al(NO3)3·9H2O、浓硝酸和去离子水混合，发生水热反应，反应结束后经过冷却、离心、洗涤、干燥、煅烧和研磨，得到Al-KM光催化剂。
2.根据权利要求1所述的Al3+改性的K-OMS-2光催化剂的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为160℃，反应时间为4h。
3.根据权利要求1所述的Al3+改性的K-OMS-2光催化剂的制备方法，其特征在于，所述干燥温度为110℃，干燥时间为12h。
4.根据权利要求1所述的Al3+改性的K-OMS-2光催化剂的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中Al元素与Mn元素的原子比为1：9。
5.根据权利要求1所述的Al3+改性的K-OMS-2光催化剂的制备方法，其特征在于，所述MnSO4·H2O和KMnO4的质量比为2.48：1.66。
6.根据权利要求1所述的Al3+改性的K-OMS-2光催化剂的制备方法，其特征在于，所述煅烧温度为300℃，煅烧时间为6h。
7.根据
8.权利要求1～7任一项所述方法制备得到的Al3+改性的K-OMS-2光催化剂。
9.权利要求8所述的Al3+改性的K-OMS-2光催化剂在催化氧化VOCs中的应用。
10.根据权利要求9所述的Al3+改性的K-OMS-2光催化剂在催化氧化VOCs中的应用，其特征在于，所述VOCs为甲苯。
...【技术特征摘要】
1.一种al3+改性的k-oms-2光催化剂的制备方法，其特征在于，将mnso4·h2o、kmno4、al(no3)3·9h2o、浓硝酸和去离子水混合，发生水热反应，反应结束后经过冷却、离心、洗涤、干燥、煅烧和研磨，得到al-km光催化剂。
2.根据权利要求1所述的al3+改性的k-oms-2光催化剂的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为160℃，反应时间为4h。
3.根据权利要求1所述的al3+改性的k-oms-2光催化剂的制备方法，其特征在于，所述干燥温度为110℃，干燥时间为12h。
4.根据权利要求1所述的al3+改性的k-oms-2光催化剂的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中al元素与mn元素的原子比为1：9。
5.根据权利要求1所述的al...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹伟欣，曾小珊，于平平，孙敬方，仝庆，董林，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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