專(zhuān)利名稱(chēng)：可見(jiàn)光響應(yīng)的苯并咪唑酮黃H3G/TiO₂復(fù)合光催化劑及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明技術(shù)屬于光催化材料制備領(lǐng)域，特別提出了一種對(duì)可見(jiàn)光有響應(yīng)的有機(jī)顏料/TiO2復(fù)合光催化劑的制備方法，即苯并咪唑酮黃H3G/Ti02復(fù)合光催化劑及制備方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，以納米TiO2為催化劑的多相光催化技術(shù)在治理環(huán)境領(lǐng)域的有機(jī)物污染問(wèn)題方面日益受到人們的重視。納米TiO2光催化氧化降解有機(jī)物的效率高，在常溫常壓下就可以進(jìn)行，且能耗低，反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)速度快，降解一般沒(méi)有選擇性，反應(yīng)最終產(chǎn)物為 co2、h2o和無(wú)害鹽類(lèi)，不會(huì)造成二次污染，是清潔的環(huán)境凈化工藝。因此，納米TiO2光催化劑在環(huán)境治理方面具有較好的發(fā)展前景。但是，TiO2的禁帶寬度為3. 2eV，對(duì)應(yīng)的激發(fā)波長(zhǎng)在 387nm，屬于紫外光區(qū)。而紫外光在太陽(yáng)能中不足5%，從利用太陽(yáng)能的角度出發(fā)，最經(jīng)濟(jì)的光催化劑應(yīng)該是能利用太陽(yáng)光中的可見(jiàn)光部分。因此縮小催化劑的禁帶寬度使吸收光譜向可見(jiàn)光擴(kuò)展是提高太陽(yáng)能利用率的關(guān)鍵，成為目前TiO2光催化的熱點(diǎn)問(wèn)題。目前，TiO2的可見(jiàn)光化研究取得了一定進(jìn)展，采用摻雜過(guò)渡金屬、表面光敏化、表面螯合及衍生、貴金屬沉積、復(fù)合半導(dǎo)體和添加電子捕獲劑等方法對(duì)TiO2光催化劑進(jìn)行改性，都不同程度地實(shí)現(xiàn)了 TiO2可見(jiàn)光催化，提高了太陽(yáng)光的利用率。染料敏化可以有效地拓寬TiO2的吸收光譜，主要的機(jī)理為染料被激發(fā)后將電子迅速轉(zhuǎn)移到TiO2導(dǎo)帶上，TiO2則作為收集和傳導(dǎo)電子的載體。染料由于其本身具有溶于水的特性，所以敏化催化劑的穩(wěn)定性和重復(fù)使用性能受到限制。因此，尋找穩(wěn)定且不溶于水和常見(jiàn)有機(jī)溶劑的光敏劑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。顏料與染料一樣具有可見(jiàn)光吸收特性，另外顏料常常是不溶于水和常見(jiàn)的有機(jī)溶劑，而且，某些高檔有機(jī)顏料耐光性能很好，常用于戶外的建筑涂料或汽車(chē)涂料中， 所以利用一些特定的有機(jī)顏料敏化制備可見(jiàn)光催化材料具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。有機(jī)顏料苯并咪唑酮黃H3G(國(guó)際索引號(hào)為C. I. Pigment Yellow 154)具有優(yōu)異的耐光牢度與耐氣候牢度、良好的耐溶劑性與耐熱穩(wěn)定性，主要應(yīng)用于金屬裝飾漆及汽車(chē)涂料，亦可用于軟質(zhì)及硬質(zhì)PVC塑料等戶外產(chǎn)品著色。本發(fā)明利用化學(xué)吸附的方法將苯并咪唑酮黃H3G吸附到TiO2表面，制備了具有很好的化學(xué)和物理穩(wěn)定性能的可見(jiàn)光響應(yīng)的催化材料(苯并咪唑酮黃H3G/Ti02)。以下有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)為 BYH3G/Ti02。

發(fā)明內(nèi)容
為提高TiO2光催化劑的可見(jiàn)光吸收性能和使用壽命，制備具有良好化學(xué)、物理和光穩(wěn)定性能的可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化材料。本發(fā)明的一種苯并咪唑酮黃H3G/Ti02復(fù)合光催化劑，可見(jiàn)光吸收區(qū)域?yàn)?00 600nm ;苯并咪唑酮黃H3G與TiO2復(fù)合配比質(zhì)量分?jǐn)?shù)為為O. 05 O. 2 I ；Ti02為銳鈦礦晶型。
—種通過(guò)水熱合成法負(fù)載制備苯并咪唑酮黃H3G/Ti02可見(jiàn)光響應(yīng)復(fù)合光催化材料的方法?；静僮鬟^(guò)程為將有機(jī)顏料苯并咪唑酮黃H3G、TiO2、促進(jìn)劑斯潘80、N, N- 二甲基甲酰胺加入密閉高壓釜中，加熱升溫，恒定溫度為180-210°C。負(fù)載結(jié)束后冷卻至室溫， 過(guò)濾得到淺黃色固體，分別用乙醇和水洗滌。將所得淺黃色固體置于真空干燥箱100-150°C 干燥，之后得到苯并咪唑酮黃H3G/Ti02復(fù)合光催化材料。上述制備苯并咪唑酮黃H3G/Ti02 光催化劑的方法在本發(fā)明中簡(jiǎn)稱(chēng)水熱負(fù)載法。原料的質(zhì)量份數(shù)配比為苯并咪唑酮黃H3G與TiO2配比為O. 05 O. 2 I促進(jìn)劑斯潘80與TiO2的配比為O. 003 O. 02 IN，N-二甲基甲酰胺與TiO2的配比為6 12 I水熱負(fù)載溫度為180 210°C ;水熱負(fù)載時(shí)間為2 6小時(shí)。在水熱負(fù)載之前，對(duì)苯并咪唑酮黃H3G進(jìn)行預(yù)處理將苯并咪唑酮黃H3G溶解于 N，N-二甲基甲酰胺，再加入苯并咪唑酮黃H3G質(zhì)量5%的斯潘80，加熱到140°C攪拌分散， 趁熱過(guò)濾掉不溶雜質(zhì)，冷卻至20°C，析出固體，過(guò)濾，乙醇洗滌干燥，得到處理后的苯并咪唑酮黃H3G。本發(fā)明中TiO2為納米級(jí)的顆粒,粒徑在10 200nm均可。促進(jìn)劑斯潘80為一種商業(yè)表面活性劑，添加的目的是促進(jìn)苯并咪唑酮黃H3G和 TiO2的分散以及增加苯并咪唑酮黃H3G與TiO2之間的結(jié)合力。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)I、本發(fā)明將苯并咪唑酮黃H3G負(fù)載到TiO2表面，催化劑具有很好的可見(jiàn)光催化活性，污染物降解速度比TiO2快。2、制備的催化劑化學(xué)和物理穩(wěn)定性較高。催化劑在使用后，經(jīng)過(guò)濾，蒸餾水洗滌， 100 150°C真空干燥O. 5 I小時(shí),可以重復(fù)使用。在使用4次后光催化活性沒(méi)有明顯降低。3、本發(fā)明的光催化材料制備采用水熱負(fù)載法，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。


圖I本發(fā)明的復(fù)合光催化材料BYH3G/Ti02與純TiO2的紫外-可見(jiàn)漫反射光譜對(duì)比2相同條件下BYH3G/Ti02與純TiO2降解染料羅丹明B的對(duì)比效果圖。圖3本發(fā)明的復(fù)合光催化材料BYH3G/Ti02重復(fù)使用對(duì)降解染料羅丹明B、酸性鉻藍(lán)K和甲基橙效果的比較。
具體實(shí)施例方式苯并咪唑酮黃H3G的預(yù)處理將苯并咪唑酮黃H3G溶解于N，N- 二甲基甲酰胺，加入苯并咪唑酮黃H3G質(zhì)量5% 的斯潘80，加熱到100 150°C攪拌分散，趁熱過(guò)濾掉不溶雜質(zhì)，冷卻至20 25°C，析出固體，過(guò)濾，乙醇洗滌后干燥，得到處理后的苯并咪唑酮黃H3G。用于下述制備本發(fā)明的苯并咪唑酮黃H3G/Ti02復(fù)合光催化材料。實(shí)施例I復(fù)合光催化劑苯并咪唑酮黃H3G/Ti02的制備用常見(jiàn)的水熱法在玻璃容器中，在攪拌條件下先后加入N，N-二甲基甲酰胺35g、苯并咪唑酮黃H3G O. 8g、TiO2 4g、斯潘80
O.05g，室溫?cái)嚢?0min。將此混合物加入具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的密閉高壓釜中，于195°C吸附負(fù)載4h。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，離心過(guò)濾得到淺黃色固體，分別用乙醇和水洗滌，濾干。 將所得淺黃色固體置于真空干燥箱中，于100°C干燥O. 5h后得到苯并咪唑酮黃!136/1102復(fù)合光催化材料。簡(jiǎn)稱(chēng)為BYH3G/Ti02。圖I為本發(fā)明的復(fù)合光催化材料BYH3G/Ti02與純TiO2的紫外-可見(jiàn)漫反射光譜對(duì)比圖，結(jié)果表明復(fù)合光催化材料BYH3G/Ti02在400 600nm區(qū)域(為可見(jiàn)光區(qū))具有明顯吸收性能。將該光催化劑用于可見(jiàn)光催化降解染料羅丹明B，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖2?？梢?jiàn)光催化降解條件用可見(jiàn)光(150W碘鎢燈光源，420nm濾光片過(guò)濾掉紫外光)照射，羅丹明B水溶液 IOOmL,濃度為2X 10_5mOl/L，黑暗吸附平衡80min，再可見(jiàn)光照射90min后，羅丹明B降解率為93. 8%;而同樣降解條件下，使用TiO2對(duì)羅丹明B的降解率只有24. 8%0對(duì)比結(jié)果表明
(I)在無(wú)光催化材料存在下，可見(jiàn)光照射時(shí)羅丹明B基本不會(huì)發(fā)生降解；(2)復(fù)合光催化材料可見(jiàn)光照射下催化降解效果明顯好于純Ti02。(3)復(fù)合光催化材料暗吸附能力強(qiáng)。圖3為本發(fā)明的復(fù)合光催化材料BYH3G/Ti02重復(fù)使用對(duì)降解染料羅丹明B、酸性鉻藍(lán)K和甲基橙效果的比較。結(jié)果表明本發(fā)明的催化劑可以重復(fù)使用。在使用4次后光催化活性沒(méi)有明顯降低。從中說(shuō)明本發(fā)明的光催化材料的重復(fù)使用性能很好。實(shí)施例2苯并咪唑酮黃H3G/Ti02的制備在玻璃容器中，在攪拌條件下先后加入N，N-二甲基甲酰胺24g、苯并咪唑酮黃H3G O. 2g、TiO2 4g、斯潘80 O. 08g，室溫?cái)嚢?0min。將此混合物加入具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的密閉高壓釜中，于180°C吸附負(fù)載6h。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，離心過(guò)濾得到淺黃色固體，分別用乙醇和水洗滌，濾干。將所得淺黃色固體置于真空干燥箱中，于100°C干燥O. 5h后得到苯并咪唑酮黃H3G/Ti02復(fù)合光催化材料。將該光催化劑用于可見(jiàn)光催化降解染料羅丹明B，可見(jiàn)光催化降解條件用可見(jiàn)光(150W碘鎢燈光源，420nm濾光片過(guò)濾掉紫外光)照射，羅丹明B水溶液IOOmL,濃度為 2X10_5mOl/L，黑暗吸附平衡80min，再可見(jiàn)光照射90min后，羅丹明B降解率為89.8% ;而同樣降解條件下，使用TiO2對(duì)羅丹明B降解率只有24. 8%。復(fù)合光催化材料可見(jiàn)光照下催化降解效果明顯好于純Ti02。實(shí)施例3苯并咪唑酮黃H3G/Ti02的制備在玻璃容器中，在攪拌條件下先后加入N，N-二甲基甲酰胺48g、苯并咪唑酮黃H3G O. 5g、Ti02 4g、斯潘80 O. 012g，室溫?cái)嚢?0min。將此混合物加入具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的密閉高壓釜中，于210°C吸附負(fù)載2h。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，離心過(guò)濾得到淺黃色固體，分別用乙醇和水洗滌，濾干。將所得淺黃色固體置于真空干燥箱中，于100°C干燥O. 5h后得到苯并咪唑酮黃H3G/Ti02復(fù)合光催化材料。將該光催化劑用于可見(jiàn)光催化降解染料羅丹明B，可見(jiàn)光催化降解條件用可見(jiàn)光(150W碘鎢燈光源，420nm濾光片過(guò)濾掉紫外光)照射，羅丹明B水溶液IOOmL,濃度為2X10_5mOl/L，黑暗吸附平衡80min，再可見(jiàn)光照射90min后，羅丹明B降解率為92.6% ;而同樣降解條件下，使用TiO2對(duì)羅丹明B降解率只有24. 8%。復(fù)合光催化材料可見(jiàn)光照下催化降解效果明顯好于純Ti02。本發(fā)明并不局限于實(shí)施例中所描述的技術(shù)，它的描述是說(shuō)明性的，并非限制性的。 本發(fā)明的權(quán)限由權(quán)利要求所限定，基于本技術(shù)領(lǐng)域人員依據(jù)本發(fā)明所能夠變化、重組等方法得到的與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可見(jiàn)光響應(yīng)的苯并咪唑酮黃H3G/Ti02復(fù)合光催化劑，其特征是苯并咪唑酮黃 H3G/Ti02復(fù)合光催化劑，可見(jiàn)光吸收區(qū)域?yàn)?00 600nm ;苯并咪唑酮黃H3G與TiO2復(fù)合配比質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 05 O. 2 I ；Ti02為銳鈦礦晶型。
2.如權(quán)利要求I所述的催化劑的制備方法，其特征是將有機(jī)顏料苯并咪唑酮黃H3G、 TiO2、促進(jìn)劑斯潘80和N，N-二甲基甲酰胺加入密閉高壓釜中，加熱升溫，恒定溫度為180 210°C ;水熱負(fù)載時(shí)間為2 6小時(shí)；負(fù)載結(jié)束后冷卻至室溫，過(guò)濾得到淺黃色固體，分別用乙醇和水洗滌；將所得淺黃色固體置于真空干燥箱100 150°C干燥；得到苯并咪唑酮黃 H3G/Ti02復(fù)合催化劑；原料的質(zhì)量份數(shù)配比為苯并咪唑酮黃H3G與TiO2配比為O. 05 0.2 I ;促進(jìn)劑斯潘80與TiO2的配比為O. 003 O. 02 I ;N，N-二甲基甲酰胺與TiO2 的配比為6 12 I。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是對(duì)苯并咪唑酮黃H3G進(jìn)行預(yù)處理，將苯并咪唑酮黃H3G溶解于N，N- 二甲基甲酰胺，再加入苯并咪唑酮黃H3G質(zhì)量5%的斯潘80，加熱到 140°C攪拌分散，趁熱過(guò)濾掉不溶雜質(zhì)，冷卻至20°C，析出固體，過(guò)濾，乙醇洗滌干燥，得到處理后的苯并咪唑酮黃H3G。
全文摘要
本發(fā)明涉及可見(jiàn)光響應(yīng)的苯并咪唑酮黃H3G/TiO2復(fù)合光催化劑及制備方法。催化劑可見(jiàn)光吸收區(qū)域?yàn)?00～600nm；將有機(jī)顏料苯并咪唑酮黃H3G、TiO2、促進(jìn)劑斯潘80、N，N-二甲基甲酰胺加入密閉高壓釜中，加熱升溫，恒定溫度為180-210℃。負(fù)載結(jié)束后冷卻至室溫，過(guò)濾得到淺黃色固體，分別用乙醇和水洗滌。將所得淺黃色固體置于真空干燥箱100-150℃干燥，之后得到苯并咪唑酮黃H3G/TiO2復(fù)合光催化材料。上述制備苯并咪唑酮黃H3G/TiO2光催化劑的方法在本發(fā)明中簡(jiǎn)稱(chēng)水熱負(fù)載法。本發(fā)明催化劑具有很好的可見(jiàn)光催化活性，污染物降解速度比TiO2快。制備的催化劑化學(xué)和物理穩(wěn)定性較高。催化劑在使用后，經(jīng)過(guò)濾，蒸餾水洗滌，100～150℃真空干燥0.5～1小時(shí)，可以重復(fù)使用。在使用4次后光催化活性沒(méi)有明顯降低。
文檔編號(hào)B01J31/38GK102600908SQ201210073798
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者商希禮, 孟明, 張?zhí)煊? 李彬, 王曉 申請(qǐng)人:天津大學(xué)