高效降解VOCs尤其甲醛的光热协同催化纳米材料Ag/F-SnO2制备方法及应用与流程

未命名 09-22 阅读:71 评论:0

高效降解vocs尤其甲醛的光热协同催化纳米材料ag/f-sno2制备方法及应用
技术领域
1.本发明涉及光催化技术领域,特别涉及高效降解vocs尤其甲醛的光热协同催化纳米材料ag/f-sno2制备方法及应用。


背景技术:

2.由于家装材料中大量粘结剂的使用,室内空气中含有挥发性有机化合物(vocs)、氮氧化物(nox)、一氧化碳(co)和颗粒物等空气污染物。且由于现在人们大部分时间都在室内环境中度过,如果人们长期暴露在室内空气污染物中将不利于身体健康,并有可能导致病态建筑综合症、建筑相关疾病,在极端情况下还会导致癌症。《室内空气质量标准》(gb/t18883-2022)将包括甲苯(高效液相色谱法)、苯、甲苯、二甲苯、总挥发性有机化合物(tvoc)在内的22项列为了空气质量检测指标。
3.挥发性有机化合物(vocs)主要包括烷烃、芳烃、酯类、烯烃、羧酸和醇类,现有技术中对挥发性有机化合物vocs的去除的方法有光催化氧化、吸附、吸收、生物过滤、膜过滤、焚烧和燃烧等。吸附技术通过改善吸附材料的比表面积、孔容量、表面化学官能团和减小孔径等方式以提高vocs的吸附能力,同时可对吸附材料和vocs回收和再利用;生物过滤技术用于去除vocs在低至中等浓度(《1000mg/l),但需定时对滤床进行反冲洗;膜过滤技术通常用于分离卤化vocs(如氯仿、三氯乙烯、四氯乙烯等)和避免副产品生成。相比于以上技术,光催化氧化工艺被认为是一种高效、经济的vocs去除高级氧化技术,光催化氧化法通过光催化剂吸收太阳光驱动,具有反应条件温和、绿色、节能、多污染物降解效率好等优点。
4.然而,在光催化氧化的实际应用过程中发现,现有的大多数光催化剂均具有禁带较宽、光吸收波长的范围有限、能带位置不匹配等缺点,导致光催化降解效率差;由于光催化在实际应用环境中会受制于光照条件的影响,因而导致催化剂的催化效果不稳定。因此,在光催化技术领域,如何有效提升光催化剂的催化性能成目前亟待解决的技术问题。


技术实现要素:

5.为解决上述问题,第一方面,本发明提供了一种光热协同催化纳米材料ag/f-sno2的制备方法,所述制备方法包括:
6.步骤1:将含锡溶液、氢氧化钠溶液和nh4f溶液混合均匀后进行水热反应,所得物经离心、洗涤、烘干、研磨后得到掺杂有f的sno2;其中,所述含锡溶液、所述氢氧化钠溶液和所述nh4f溶液的摩尔比为1:(1~8):(1~5);
7.步骤2:向f-sno2悬浮液中加入agno3溶液和nabh4水溶液,经搅拌、静置分层、分离、洗涤、干燥、研磨,得到所述纳米材料ag/f-sno2;其中,所述f-sno2悬浮液和所述agno3溶液的质量分数比为1:(0.016~0.096)。
8.优选地,在所述步骤1中,所述水热反应的温度为120℃~180℃,所述水热反应的保温时间为24h~48h。
9.优选地,所述步骤1中,所述含锡溶液、所述氢氧化钠溶液和所述nh4f溶液的摩尔比为1:5:2;其中,所述nh4f溶液是将nh4f滴加至乙醇溶液中得到的。
10.优选地,所述步骤1中,所述f-sno2悬浮液和所述agno3溶液的质量分数比为1:0.048。
11.优选地,所述步骤1中,所述含锡溶液是将无水氯化锡、二水合氯化锡或五水合氯化锡溶于去离子水中得到的。
12.优选地,在所述步骤1中,所述混合均匀采用搅拌的方式实现,所述搅拌的时间为20min~30min;所述洗涤采用超纯水和无水乙醇进行洗涤;所述烘干的温度为60℃~80℃。
13.优选地,所述步骤2中,所述f-sno2悬浮液是将步骤1中所述f掺杂的sno2分散于去离子水得到的;所述搅拌的时间为4h~8h,所述洗涤采用酒精和去离子水进行洗涤,所述干燥的温度为120℃。
14.优选地,在所述步骤2中,所述nabh4水溶液与所述agno3溶液的摩尔比为4:1。
15.优选地,所述纳米材料ag/f-sno2中ag纳米颗粒的负载量为3wt%。
16.第二方面,本发明提供了一种光热协同催化纳米材料ag/f-sno2的应用,将上述第一方面所述的制备方法得到的纳米材料ag/f-sno2用于降解vocs尤其甲醛。
17.与现有技术相比,本发明具备以下优点:
18.本发明提供高效降解vocs尤其甲醛的光热协同催化纳米材料ag/f-sno2制备方法及应用,涉及光催化技术领域,所述制备方法包括:步骤1:将含锡溶液、氢氧化钠溶液和nh4f溶液混合均匀后进行水热反应,所得物经离心、洗涤、烘干、研磨后得到掺杂有f的sno2;步骤2:向f-sno2悬浮液中加入agno3溶液和nabh4水溶液,经搅拌、静置分离、洗涤、干燥、研磨,以将银负载于所述掺杂有f的sno2上得到所述纳米材料ag/f-sno2。本发明通过通过将ag np、f、sno2三者复合,得到了一种具有光热协同催化能力的复合催化剂,该催化剂能够高效地降解室内空气中的vocs,尤其对甲苯具有最优的降解效果,且稳定性好、可重复利用,具有良好的应用前景。
19.本发明实施例中,通过金属共催化剂的沉积以及元素掺杂来改变复合催化剂的禁带宽度、能带边缘、载流子分离能力,从而提高光催化降解效率,即通过ag np沉积修饰和f掺杂以对sno2进行改性,ag np和f共同修饰sno2,能够提高sno2的吸光能力,从而提高sno2的光催化能力活性,能在一定程度上提高甲苯去除效率;同时光生电子向ag纳米颗粒移动增强,并与氟掺杂引入的缺陷同步提升光生载流子分离性能,减少载流子的复合,从而最终提高光催化氧化甲苯的能力。通过将ag np、f、sno2三者复合,得到一种具有光热协同催化能力的复合催化剂,该复合催化剂具有光催化和热催化效应之间的协同作用,使得在光热协同催化条件下,能够高效地降解室内空气中的vocs,尤其对甲苯具有最优的降解效果,且具有稳定性好、可重复利用的特点,不仅提升了催化剂的光催化性能,还补充了热催化性,从而使得催化剂的催化效果稳定,从而解决了光催化降解效率差以及光催化效果不稳定的问题。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本
申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明提供的光热协同催化纳米材料ag/f-sno2的制备方法的流程图;
22.图2为本发明实施例1所制备ag/f-sno2的扫描电子显微镜图;
23.图3为本发明实施例所制备sno2、f-sno2和ag/f-sno2复合可见光催化纳米材料的紫外-可见光漫反射光谱图;
24.图4为本发明实施例所制备的f-sno2和ag/f-sno2材料的傅里叶变换红外吸收图谱;
25.图5为本发明实施例制备的3wt%ag np修饰的ag/f-sno2光催化纳米材料与f-sno2和单一sno2光催化降解甲苯时间降解曲线对比图;
26.图6为本发明实施例1得到的ag/f-sno2光催化纳米材料的连续降解实验结果图;
27.图7为本发明实施例1得到的ag/f-sno2在不同温度下对甲苯的去除率结果图。
具体实施方式
28.提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明,并不局限于所述最佳实施方式,不对本发明的内容和保护范围构成限制,任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品,均落在本发明的保护范围之内。
29.实施例中未注明具体实验步骤或者条件,按照本领域内的现有技术所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂以及其他仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规试剂产品。此外,附图仅为本公开实施例的示意性图解,并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分,因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体,不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。
30.由于家装材料中大量粘结剂的使用,室内空气中含有挥发性有机化合物(vocs)、氮氧化物(nox)、一氧化碳(co)和颗粒物等空气污染物,空气污染物具体包括甲苯、so2、氨气等。其中,挥发性有机化合物(vocs)主要包括烷烃、芳烃、酯类、烯烃、羧酸和醇类,如甲苯。现有技术中对挥发性有机化合物vocs的去除的方法有光催化氧化、吸附、吸收、生物过滤、膜过滤、焚烧和燃烧等。其中,光催化氧化工艺被认为是一种高效、经济的vocs去除高级氧化技术,光催化氧化法通过光催化剂吸收太阳光驱动,具有反应条件温和、绿色、节能、多污染物降解效率好等优点。
31.然而,在光催化氧化的实际应用过程中发现,现有的大多数光催化剂均具有禁带较宽、光吸收波长的范围有限、能带位置不匹配等缺点,导致光催化降解效率差;由于光催化在实际应用环境中会受制于光照条件的影响,因而导致催化剂的催化效果不稳定。因此,在光催化技术领域,如何有效提升光催化剂的催化性能成目前亟待解决的技术问题。
32.有鉴于此,本发明提供的中通过元素掺杂以及金属共催化剂的沉积来改变复合催化剂的禁带宽度、能带边缘、载流子分离能力,提高光催化降解效率,从而得到一种兼具光催化性能和热催化性能的复合纳米催化材料。
33.第一方面,参照图1,图1为本发明提供的光热协同催化纳米材料ag/f-sno2的制备方法的流程图,所述制备方法包括:
34.s101,将含锡溶液、氢氧化钠溶液和nh4f溶液混合均匀后进行水热反应,所得物经离心、洗涤、烘干、研磨后得到掺杂有f的sno2;其中,所述含锡溶液、所述氢氧化钠溶液和所述nh4f溶液的摩尔比为1:(1~8):(1~5);
35.具体实施时,在碱性条件下生成氢氧化锡;再在高温水热条件下,脱水生成sno2,并将f离子在sno2沉淀生成的过程中掺杂进去,得到f-sno2:先将一定摩尔比例的锡源和naoh分别溶于去离子水中,各自混合再搅拌20min,得到含锡溶液以及氢氧化钠溶液;其中,去离子水的量在此不做具体的限制,例如,分别溶于50ml去离子水中。再将适量nh4f滴加至75%的乙醇中,混合搅拌30min,得到nh4f溶液;其中,nh4f的投加量为10mmol~30mmol,乙醇的量为30-100ml。上述水热反应在特氟龙内衬的不锈钢高压反应釜中进行。
36.s102,向f-sno2悬浮液中加入agno3溶液和nabh4水溶液,经搅拌、静置分层、分离、洗涤、干燥、研磨,得到所述纳米材料ag/f-sno2;其中,所述f-sno2悬浮液和所述agno3溶液的质量分数比为1:(0.016~0.096)。
37.具体实施时,采用还原-沉积法将ag np(ag纳米颗粒)负载于f-sno2上,即ag np沉积在f-sno2表面:称取一定量的f-sno2分散于30ml去离子水中,得到f-sno2悬浮液,在剧烈搅拌下向f-sno2悬浮液中逐滴加入agno3溶液;将硝酸银与f-sno2分散混合均匀后,将nabh4水溶液(作为还原剂)加入到f-sno2悬浮(浊)液中,继续搅拌、静置分层,再将样品分离,分离后的材料用酒精和去离子水洗涤后,进行干燥、研磨得到ag/f-sno2。需要说明的是,ag并不是作为掺杂剂引入sno2中以对sno2进行修饰。
38.本发明实施例中,通过金属共催化剂的沉积以及元素掺杂来改变复合催化剂的禁带宽度、能带边缘、载流子分离能力,从而提高光催化降解效率,即通过ag np沉积修饰和f掺杂以对sno2进行改性,通过将ag np、f、sno2三者复合,得到一种具有光热协同催化能力的复合催化剂,该复合催化剂兼具光催化性能和热催化性能,提升了可见光催化剂的光催化性能,还补充了热催化性,从而使得催化剂的催化效果稳定,从而解决了光催化降解效率差以及光催化效果不稳定的问题。一方面,在合成sno2过程中进行f掺杂,使得引入表面氧空位和局域电子结构的改变,提升了光生载流子分离性能,减少载流子的复合,提高sno2光催化活性,从而提高光催化氧化降解甲苯的能力;将ag np负载(沉积)到半导体材料sno2表面,ag np能够赋予sno2热催化活性和优越的电子捕获能力,将具有热催化活性、且有着金属等离子体共振效应(spr)的贵金属ag纳米颗粒与光催化活性的半导体材料sno2复合,将光催化与热催化进行耦合产生光热催化协同效应,使半导体材料sno2具备光热协同催化能力,从而进一步提高复合材料的甲苯氧化降解性能。另一方面,ag np和f共同修饰sno2,能够提高sno2的吸光能力,从而提高sno2的光催化能力活性,能在一定程度上提高甲苯去除效率;同时光生电子向ag纳米颗粒移动增强,并与氟掺杂引入的缺陷同步提升光生载流子分离性能,减少载流子的复合,从而最终提高光催化氧化甲苯的能力。具体为:ag np和f共同修饰sno2,提高sno2的电子捕获能力,从而提高ag/f-sno2材料在光激发下生成载流子的分离能力,减少载流子的复合,进而当大量的载流子转移至ag/f-sno2材料表面时,吸附在ag/f-sno2材料表面的待降解物或者自由基前驱体与大量的光生载流子反应生成更多的自由基,提高了催化活性,再由自由基进行下一步降解反应,最终提高光催化氧化氧化甲苯的能力。
39.本发明提供的ag/f-sno2材料在光热协同催化条件下,能够高效地降解室内空气
中的vocs(一种空气污染物),且具有稳定性好、可重复利用的特点,因此,针对室内vocs净化领域,该催化剂将有着良好的应用前景。该ag/f-sno2材料对空气污染物均有很好的降解效率,尤其对甲苯具有最优的降解效果,需要说明的是,甲苯是空气污染物中降解难度较大的一类,对其能够降解,则对其他易处理物质也相应具有降解作用。此外,本发明提供的一种新型的可见光催化剂,还解决了光催化或热催化的能力单一的问题,通过引入光催化以减少能耗,且补充热催化使催化剂的催化效果稳定。需要说明的是,单一的光催化材料普遍均不具备热催化性能,在现有技术中,热催化一般都需要加热,因此热催化需要额外供能,能耗较大;光催化虽然可以利用太阳光比较环保,但需以水为介质,并且光催化在实际应用环境中会受制于光照条件的影响。
40.需要说明的是,将具有热催化活性、且有着金属等离子体共振效应(spr)的贵金属ag纳米颗粒负载到半导体材料sno2上,ag纳米颗粒不仅提升了光催化性能,同时还在热催化中起作用。其中,提升光催化性能具体为:可以形成肖特基势垒从而促进光生电子-空穴对的分离,减少载流子的复合,提高sno2光催化活性,从而提高光催化降解甲苯的能力;并且由于金属等离子体共振效应(spr)的存在提高半导体材料对光的吸收,拓宽了吸光范围,以在一定程度上能提高降解速率(即,入射光子频率与贵金属ag纳米颗粒或金属传导电子的整体振动频率相匹配时,ag纳米颗粒会对光子能量产生很强的吸收作用,就会发生局域表面等离子体共振)。在降解甲苯的过程中,ag/f-sno2材料通过材料表面沉积的ag纳米颗粒从两个方面提高降解速率,在光催化中起到以下作用:拓宽吸光范围,在一定程度上能提高降解速率(具体为通过ag纳米颗粒的等离子体共振效应来拓宽吸光范围);同时赋予sno2优越的电子捕获能力,使光生电子向材料表面沉积的ag纳米颗粒移动增强,提高ag/f-sno2材料在光激发下生成载流子的分离能力,减少载流子的复合,进而当大量的载流子转移至ag/f-sno2材料表面时,吸附在ag/f-sno2材料表面的待降解物或者自由基前驱体与大量的光生载流子反应生成更多的自由基,提高了催化活性,再由自由基进行下一步降解反应,最终提高光催化降解反应的效果;在热催化中起到一定作用,利用其本身存在的催化性能以降解甲苯。
41.需要说明的是,耦合后产生了光热催化协同效应,其光热协同降解速率将高于单一的光催化速率、单一的热催化速率或高于两者之和,在本发明中是光催化和热催化效应之间的协同作用,是两种催化形式的协同作用;其中ag纳米颗粒不单在光催化效应中有着spr效应,同时在热催化中起作用。
42.优选地,在所述步骤1中,所述水热反应的温度为120℃~180℃,所述水热反应的保温时间为24h~48h。
43.具体实施时,水热反应的温度优选在130℃~180℃范围内,保温时间优选为24h;更进一步地,水热温度为140℃。
44.优选地,所述步骤1中,所述含锡溶液、所述氢氧化钠溶液和所述nh4f溶液的摩尔比为1:5:2;其中,所述nh4f溶液是将nh4f滴加至乙醇溶液中得到的。
45.优选地,所述步骤1中,所述f-sno2悬浮液和所述agno3溶液的质量分数比为1:0.048。
46.优选地,所述步骤1中,所述含锡溶液是将无水氯化锡、二水合氯化锡或五水合氯化锡溶于去离子水中得到的。
47.优选地,在所述步骤1中,所述混合均匀采用搅拌的方式实现,所述搅拌的时间为20min~30min;所述洗涤采用超纯水和无水乙醇进行洗涤;所述烘干的温度为60℃~80℃。
48.具体实施时,搅拌时间优选为20min;通过离心收集的产物采用超纯水和无水乙醇反复进行洗涤;烘干的时间优选为60℃。
49.优选地,所述步骤2中,所述f-sno2悬浮液是将步骤1中所述f掺杂的sno2分散于去离子水得到的;所述搅拌的时间为4h~8h,所述洗涤采用酒精和去离子水进行洗涤,所述干燥的温度为120℃。
50.具体实施时,搅拌的时间优选为4h,干燥的时间可为24h;由于f-sno2不溶于水,因此f-sno2分散于去离子水中,形成悬浊(浮)液。
51.优选地,在所述步骤2中,所述nabh4水溶液与所述agno3溶液的摩尔比为4:1。
52.优选地,所述纳米材料ag/f-sno2中ag纳米颗粒的负载量为3wt%。
53.第二方面,本发明提供了一种光热协同催化纳米材料ag/f-sno2的应用,将上述第一方面所述的制备方法得到的纳米材料ag/f-sno2用于降解vocs尤其甲醛。
54.本发明实施例中,得到的ag/f-sno2材料对vocs(一种空气污染物)均有很好的降解效率,尤其对甲苯具有最优的降解效果。该催化剂解决了光催化或热催化的能力单一的问题,通过引入光催化以减少能耗,并补充热催化使催化剂的催化效果更稳定。需要说明的是,甲苯是空气污染物中降解难度较大的一类,对其能够降解,则对其他易处理物质也相应具有降解作用。
55.在降解过程中,ag/f-sno2材料掺杂有f,使得引入表面氧空位和局域电子结构的改变,提升了光生载流子分离性能,减少载流子的复合,从而提高光催化降解甲苯的能力;在降解过程中,单一的光催化材料——sno2的禁带宽度为3.6ev,具有较强的氧化还原能力,以降解甲苯;在降解甲苯的过程中,ag/f-sno2材料通过材料表面沉积的ag纳米颗粒从两个方面提高降解速率,在光催化中起到以下作用:拓宽吸光范围,在一定程度上能提高降解速率(具体为通过ag纳米颗粒的等离子体共振效应来拓宽吸光范围);同时赋予sno2优越的电子捕获能力,使光生电子向材料表面沉积的ag纳米颗粒移动增强,提高ag/f-sno2材料在光激发下生成载流子的分离能力,减少载流子的复合,进而当大量的载流子转移至ag/f-sno2材料表面时,吸附在ag/f-sno2材料表面的待降解物或者自由基前驱体与大量的光生载流子反应生成更多的自由基,提高了催化活性,再由自由基进行下一步降解反应,最终提高光催化降解反应的效果;在热催化中起到一定作用,利用其本身存在的催化性能以降解甲苯。
56.为使本领域技术人员更好地理解本发明,以下通过多个具体实施例来说明本发明提供的制备方法。
57.实施例1
58.在该实施例中,原料的比为:氯化锡、氢氧化钠和nh4f的摩尔比为1:5:2。
59.步骤1:将10mmol氯化锡和50mmol氢氧化钠分别溶于50ml去离子水中,搅拌20min。逐滴加入20mmol nh4f溶于50ml 75%乙醇,搅拌10min(即,含锡溶液、氢氧化钠溶液和nh4f溶液的摩尔比为1:5:2)。将三种溶液混合搅拌20min,将所得混合物倒入特氟龙内衬的不锈钢高压反应釜中,在140℃下保温24h。通过离心收集产物并用超纯水和无水乙醇反复洗涤。最后将产物在60℃下烘干,研磨得到f-sno2。
60.步骤2:再用还原-沉积法将ag np负载到f-sno2上。称取0.5gf-sno2分散于30ml去离子水中。在剧烈搅拌下逐滴加入agno3溶液(即,f-sno2悬浮液和agno3溶液的质量分数比为1:0.048),以期获得3wt%ag负载量。以nabh4水溶液为还原剂,将硝酸银与f-sno2分散混合均匀后,将nabh4水溶液按nabh4/ag=4(摩尔比)加入f-sno2悬浮液中,继续搅拌4h,静置分层,再将样品分离,分离后的材料用酒精和去离子水洗涤后,在120℃下干燥过夜,研磨得到ag/f-sno2。
61.将得到的ag/f-sno2进行表征测试,参照图2,图2为本发明实施例1所制备ag/f-sno2的扫描电子显微镜图,如图所示,ag/f-sno2材料为介孔纳米片状结构,且片状结构之间相互堆叠。
62.对比例1
63.将10mmol氯化锡和50mmol氢氧化钠分别溶于50ml去离子水中,搅拌20min后倒入特氟龙内衬的不锈钢高压反应釜中,在140℃下保温24h。通过离心收集产物并用超纯水和无水乙醇反复洗涤。最后将产物在60℃下烘干,研磨得到sno2。
64.对实施例1得到的ag/f-sno2、对比例1得到的sno2以及实施例1步骤1得到的f-sno2进行以下性能测试。参照图3,图3为本发明实施例所制备sno2、f-sno2和ag/f-sno2复合可见光催化纳米材料的紫外-可见光漫反射光谱图。如图所示,单一的sno2在200~400nm的近紫外区域之间有较强光吸收,进行f掺杂后f-sno2相比于单一sno2材料的吸光范围变化不大,但吸光强度上有所提高。而ag/f-sno2复合材料则由于ag等离子共振效应的存在增强了材料在400~600nm区域的可见光吸收。
65.为了研究合成后样品的组成和结构,采用ftir分析,参照图4,图4为本发明实施例所制备的f-sno2和ag/f-sno2材料的傅里叶变换红外吸收图谱。如图所示,在3431cm-1
和1622cm-1
处的强峰和宽峰分别归属于材料表面羟基的拉伸振动和水分子的弯曲振动。位于619cm-1
宽峰谱带对应sno2纳米结构中的反对称o-sn-o伸缩模式和末端氧振动两个峰的叠加。由此说明,ag np修饰和f掺杂并未明显地改变sno2的谱图吸收,即未对其键联接有太大改变。
66.为了验证实施例1制备的ag/f-sno2光催化纳米材料对甲苯的降解性能,做以下实验:
67.先进行光热催化活性评价:
68.催化反应在100ml的不锈钢反应釜中进行,将反应釜放入加热单元,并配备300w的xe灯。通过将气体混合物(n2:o2=3:1)通入甲苯饱和溶液中,调节气流中甲苯浓度为100ppm,将其注入反应器。启动光源和加热单元,每隔一定时间取出2ml气体,测定甲苯含量采用配有火焰离子化检测器(fid)的气相色谱仪测定。甲苯的去除率(y)计算为y(%)=(1-c/c0)
×
100%,其中c和c0分别为0和t min时甲苯的浓度。参照图5,图5为本发明实施例制备的3wt%ag np修饰的ag/f-sno2光催化纳米材料与f-sno2和单一sno2光催化降解甲苯时间降解曲线对比图。由图中可以看出,在80min内f-sno2和单一sno2对甲苯的降解率分别为33%和42%;而ag/f-sno2在相同时间内,对甲苯的去除(降解)效率高达85.6%。
69.进行连续降解实验:
70.在第一次降解反应完成后,将含有光催化剂的反应釜在60℃下干燥2小时,然后冷却至室温后再次放入反应器中进行下一个甲苯去除反应,除材料外,其余反应条件和第一
次保持一致;第二次反应完成后,重复上述步骤,进行4次循环降解实验,结果如图。参照图6,图6为本发明实施例1得到的ag/f-sno2光催化纳米材料的连续降解实验结果图。图6显示了ag/f-sno2光催化纳米材料稳定的光催化性能,4次连续的降解实验中甲苯降解效率维持在86%左右,这表明ag/f-sno2光催化纳米材料的光催化活性在四个循环后仍然保持良好。
71.再通过以下实验对材料的光热协同效应进一步说明:
72.实验与催化反应实验步骤相同,在300w氙灯照射下,催化剂投加量为0.10g,甲苯初始浓度为100ppm,但是控制其初始温度分别为20℃、40℃、60℃和80℃。参照图7,图7为本发明实施例1得到的ag/f-sno2在不同温度下对甲苯的去除率结果图。初始温度分别为20℃、40℃、60℃和80℃时,其对甲苯的降解率分别为64%、86.3%、93%和88.5%。
73.由此可见,通过控制降解温度,其降解率有着明显差别,由此说明材料存在热催化作用,具有光热协同效应(是两种催化形式的协同作用),即ag/f-sno2材料具有光热催化降解能力。ag/f-sno2材料在初始温度为60℃的条件下表现出最高的降解率,在80分钟后对甲苯的降解效率高达93%。
74.对于方法实施例,为了简单描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本发明并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本发明,某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的动作和部件并不一定是本发明所必须的。
75.在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
76.以上对本发明所提供的高效降解vocs尤其甲醛的光热协同催化纳米材料ag/f-sno2制备方法及应用进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征:
1.一种光热协同催化纳米材料ag/f-sno2的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:步骤1:将含锡溶液、氢氧化钠溶液和nh4f溶液混合均匀后进行水热反应,所得物经离心、洗涤、烘干、研磨后得到掺杂有f的sno2;其中,所述含锡溶液、所述氢氧化钠溶液和所述nh4f溶液的摩尔比为1:(1~8):(1~5);步骤2:向f-sno2悬浮液中加入agno3溶液和nabh4水溶液,经搅拌、静置分层、分离、洗涤、干燥、研磨,得到所述纳米材料ag/f-sno2;其中,所述f-sno2悬浮液和所述agno3溶液的质量分数比为1:(0.016~0.096)。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在所述步骤1中,所述水热反应的温度为120℃~180℃,所述水热反应的保温时间为24h~48h。3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤1中,所述含锡溶液、所述氢氧化钠溶液和所述nh4f溶液的摩尔比为1:5:2;其中,所述nh4f溶液是将nh4f滴加至乙醇溶液中得到的。4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤1中,所述f-sno2悬浮液和所述agno3溶液的质量分数比为1:0.048。5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤1中,所述含锡溶液是将无水氯化锡、二水合氯化锡或五水合氯化锡溶于去离子水中得到的。6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在所述步骤1中,所述混合均匀采用搅拌的方式实现,所述搅拌的时间为20min~30min;所述洗涤采用超纯水和无水乙醇进行洗涤;所述烘干的温度为60℃~80℃。7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤2中,所述f-sno2悬浮液是将步骤1中所述f掺杂的sno2分散于去离子水得到的;所述搅拌的时间为4h~8h,所述洗涤采用酒精和去离子水进行洗涤,所述干燥的温度为120℃。8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在所述步骤2中,所述nabh4水溶液与所述agno3溶液的摩尔比为4:1。9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述纳米材料ag/f-sno2中ag纳米颗粒的负载量为3wt%。10.一种光热协同催化纳米材料ag/f-sno2的应用,其特征在于,将上述权利要求1-9任一项所述的制备方法得到的纳米材料ag/f-sno2用于降解vocs尤其甲醛。

技术总结
本发明提供高效降解VOCs尤其甲醛的光热协同催化纳米材料Ag/F-SnO2制备方法及应用,涉及光催化技术领域,所述制备方法包括:步骤1:将含锡溶液、氢氧化钠溶液和NH4F溶液混合均匀后进行水热反应,所得物经离心、洗涤、烘干、研磨后得到掺杂有F的SnO2;步骤2:向F-SnO2悬浮液中加入AgNO3溶液和NaBH4水溶液,经搅拌、静置分离、洗涤、干燥、研磨,以将银负载于所述掺杂有F的SnO2上得到所述纳米材料Ag/F-SnO2。本发明通过通过将Ag NP、F、SnO2三者复合,得到了一种具有光热协同催化能力的复合催化剂,该催化剂能够高效地降解室内空气中的VOCs,尤其对甲苯具有最优的降解效果,且稳定性好、可重复利用,具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。


技术研发人员:陈耀刚 张剑桥 杨磊
受保护的技术使用者:深圳市康弘智能健康科技股份有限公司
技术研发日:2023.06.08
技术公布日:2023/9/20
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