一種制備可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑的裝置及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種密封性良好、制備的光催化劑可見(jiàn)光響應(yīng)較好、對(duì)有機(jī)物選擇性氧化效果好的催化劑制備裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]將一種有機(jī)底物高選擇性的反應(yīng)至目標(biāo)產(chǎn)物，對(duì)工業(yè)合成和實(shí)驗(yàn)室合成都具有重要的意義。隨著環(huán)境問(wèn)題和資源問(wèn)題日漸成為制約社會(huì)發(fā)展的重要問(wèn)題，如何使工業(yè)生產(chǎn)更加綠色經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行，成為現(xiàn)在研宄的重要方向。如何取代目前常用的昂貴而又有毒的貴金屬催化劑、過(guò)渡金屬絡(luò)合物催化劑，避免反應(yīng)過(guò)程中常用的大量強(qiáng)酸強(qiáng)堿，以及使用廉價(jià)清潔的分子氧代替C1—、Cl2等有毒的強(qiáng)氧化劑，實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好的、經(jīng)濟(jì)高效的有機(jī)底物的選擇性氧化，是國(guó)內(nèi)外的研宄者熱心解決的重大問(wèn)題。
[0003]以二氧化鈦(Ti02)和氮化碳(C3N4)等為代表的光催化劑，在污染物處理、光解水、太陽(yáng)能電池等方面都受到了廣泛的重視和研宄。二氧化鈦受紫外光激發(fā)后發(fā)生電子和空穴的分離，其價(jià)帶空穴具有高達(dá)2.7 eV的氧化電位，能夠氧化分解大多數(shù)的有機(jī)物；但是，在強(qiáng)氧化性的空穴、以及空穴衍生出的羥基自由基的作用下，大多數(shù)的有機(jī)物都被無(wú)法抑制的氧化至水和二氧化碳，這大大的限制了二氧化鈦在很多方面的應(yīng)用；而且，二氧化鈦的激發(fā)波長(zhǎng)在只占太陽(yáng)光譜不足3%的紫外光區(qū)，這在能源和經(jīng)濟(jì)角度制約了二氧化鈦的應(yīng)用。如何利用光催化這一綠色氧化技術(shù)，使用光催化劑取代貴金屬/過(guò)渡金屬絡(luò)合物催化劑，以廉價(jià)清潔的分子氧代替C1—、Cl2、Cr(VI)等作氧化劑，在溫和條件下實(shí)現(xiàn)醇的高選擇性氧化，是國(guó)內(nèi)外研宄者一直追尋的目標(biāo)。
[0004]將光催化劑負(fù)載貴金屬改性，可以提高光催化劑的活性和可見(jiàn)光響應(yīng)。負(fù)載貴金屬常用的方法主要有:硼氫化鈉還原法，通氮?dú)獬醴ǖ龋渲?，NaHB4易殘留，進(jìn)而影響光催化劑的氧化能力；通氮?dú)獬醪灰撞僮?。此外，真空環(huán)境也可以實(shí)現(xiàn)貴金屬的負(fù)載，但相應(yīng)得裝置不多，常規(guī)真空裝置利用困難。
[0005]中國(guó)專利公布號(hào)CN102962078A，公布日2013年3月13日，名稱為一種可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑及其制備方法，該申請(qǐng)案公開(kāi)了一種可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑及其制備方法，將分析純的硝酸銀、氧化銅、五氧化二銀、五氧化二鉭按照AgCuNlvxTaxO4 (其中0<χ<1)稱量后放進(jìn)高壓釜中，以氫氧化鉀為礦化劑，采用水熱合成工藝獲得了具有良好的可見(jiàn)光光催化劑特性的復(fù)合氧化物。其不足之處在于，制備的光催化劑電子傳遞困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于為了解決現(xiàn)有制備光催化劑氧化能力差制備方法困難的缺陷而提供一種真空、載氣兩用的裝置，實(shí)現(xiàn)了催化劑真空操作，密閉性良好，利用裝置制備的光催化劑光生電子和空穴分離效果好的制備可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑的裝置。
[0007]本發(fā)明的另一個(gè)目的是為了提供利用該裝置制備可見(jiàn)光響應(yīng)高，對(duì)有機(jī)物的選擇性氧化效果好、選擇性高的光催化劑的制備方法。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種制備可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑的裝置，包括光照反應(yīng)箱，玻璃管路系統(tǒng)，載氣集氣系統(tǒng)，真空裝置，所述的玻璃管路系統(tǒng)包括玻璃管路、閥門、冷凝管、反應(yīng)器，冷凝管、光照反應(yīng)器、氙燈、磁力攪拌器、升降臺(tái)設(shè)置在光照反應(yīng)箱內(nèi)，所述的載氣集氣系統(tǒng)包括載氣瓶、減壓閥、集氣瓶；所述的真空裝置包括真空表，真空泵；載氣瓶分別連接玻璃管路一端、光照反應(yīng)器下部支管，玻璃管路系統(tǒng)依次由玻璃管路、閥門、冷凝管、光照反應(yīng)器連接而成，橫向玻璃管路位于光照反應(yīng)箱外部，其末端分別連接真空泵、集氣瓶，其上裝有若干的閥門和真空表。
[0009]作為優(yōu)選，所述光照反應(yīng)箱的上部設(shè)有可視窗，可視窗上設(shè)有防強(qiáng)光玻璃，冷凝管與光照反應(yīng)箱接觸處設(shè)有密封圈。
[0010]作為優(yōu)選，氙燈、磁力攪拌器、升降臺(tái)設(shè)置在光照反應(yīng)箱內(nèi)，氙燈和磁力攪拌器放置于升降臺(tái)上，氙燈燈頭高度剛好略高于光照反應(yīng)器，伸入光照反應(yīng)器上方，與光照反應(yīng)器正對(duì)；氙燈、磁力攪拌器各一個(gè)，升降臺(tái)有大、小兩個(gè)，氙燈放置于大升降臺(tái)上，磁力攪拌器放置于小升降臺(tái)上，并正對(duì)著置于光照反應(yīng)器下部，磁力攪拌器與光照反應(yīng)器下部距離I至2厘米。
[0011]作為優(yōu)選，光照反應(yīng)器靠近底部有相互垂直的支管，橫向支管上裝有閥門，光照反應(yīng)器由懸掛臂、石英蓋、玻璃杯組成，所述的懸掛臂有兩個(gè)，中空對(duì)稱，上端呈半球狀，與上部的冷凝管相接，所述的冷凝管內(nèi)部有細(xì)螺旋玻璃管，外壁上部有冷凝水入口，外壁下部有冷凝水出口，冷凝管下端，呈半球殼形，與光照反應(yīng)器相接。
[0012]一種可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑的制備方法，所述制備方法步驟如下:
a)將原料研磨后溶于蒸餾水，放入光照反應(yīng)器內(nèi)，加入氯金酸溶液；
b)將系統(tǒng)抽真空，打開(kāi)光源，光照反應(yīng)l_9h，反應(yīng)過(guò)程中持續(xù)抽真空，得到反應(yīng)溶液；
c)步驟b)后得到的反應(yīng)溶液離心，烘箱烘干，然后研磨，得到光催化劑。
[0013]作為優(yōu)選，步驟b)替換為真空泵、閥門全關(guān)閉，打開(kāi)載氣，8號(hào)閥門打開(kāi)，待系統(tǒng)充滿氮?dú)夂?，打開(kāi)6號(hào)與7號(hào)閥門，打開(kāi)光源，光照反應(yīng)l_9h，反應(yīng)過(guò)程中持續(xù)通氮?dú)?，通氮?dú)獾姆謮簽?.1-0.6MPa。
[0014]作為優(yōu)選，原料為P25或煅燒后的三聚氰胺，研磨后取0.5g溶于50mL蒸飽水。
[0015]作為優(yōu)選，原料為三聚氰胺時(shí)，先取原料5g，在400-600°C下煅燒4_6h，冷卻研磨后取0.5g溶于50mL蒸飽水。
[0016]作為優(yōu)選，氯金酸溶液為Ig氯金酸溶于100mL，加入氯金酸溶液的量為0.l_2mL。
[0017]作為優(yōu)選，所述光源為氙燈，功率300W，工作電壓14V，工作電流14-21A。
[0018]本發(fā)明的核心是為制備可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑提供一種真空、載氣兩用裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)真空裝置和載氣裝置的切換，以滿足制備不同催化劑的需求，同時(shí)能制備出高可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
O真空裝置和載氣裝置的切換方便；
2)提高了催化劑貴金屬負(fù)載的效果；
3)能夠提供真空和載氣兩種操作；
4)本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境友好； 5)本發(fā)明原料利用率高，節(jié)省了制備的成本；
6)本發(fā)明制備的光催化劑具有優(yōu)異的光電催化能力，其原因是Au具有良好的導(dǎo)電能力和化學(xué)穩(wěn)定性，因此Au包裹的氮化碳材料能有效提高界面電子傳遞能力，降低反應(yīng)能皇；此外，由于Au具有有效抑制一氧化碳毒化現(xiàn)象，因此本發(fā)明光催化劑也具有抗毒化性會(huì)K。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中，1-8、閥門；9、光照反應(yīng)器下部支管；10、真空表；11、冷凝水入口 ；12、冷凝水出口 ； 13、冷凝管；14、細(xì)螺旋玻璃管；15、光照反應(yīng)器；16、氙燈；17、磁力攪拌器；18、升降臺(tái)；19、墊圈；20、光照反應(yīng)箱；21、載氣瓶；22、真空泵；23、集氣瓶；24、減壓閥。
[0022]圖2是光照反應(yīng)器的局部放大圖。
[0023]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1-3與對(duì)比例I選擇性氧化苯甲醇效果對(duì)比圖。
[0024]圖4是本發(fā)明實(shí)施例4-5與對(duì)比例2選擇性氧化苯甲醇效果對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面通過(guò)具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說(shuō)明。
[0026]本發(fā)明中，若非特指，所采用的原料和設(shè)備等均可從市場(chǎng)購(gòu)得或是本領(lǐng)域常用的。
[0027]下述實(shí)施例中的方法，如無(wú)特別說(shuō)明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0028]如圖1、圖2所示，本發(fā)明的制備可見(jiàn)光響應(yīng)光催化劑的真空、載氣兩用裝置，包括光照反應(yīng)箱20，玻璃管路系統(tǒng)，載氣集氣系統(tǒng)，真空裝置等。所述的玻璃管路系統(tǒng)包括玻璃管路、閥門、冷凝管13、反應(yīng)器15。所述的光照反應(yīng)箱20中，容納了冷凝管13、光照反應(yīng)器
15、氙燈16、磁力攪拌器17、升降臺(tái)18等部件。所述的載氣集氣系統(tǒng)，包括載氣瓶21、減壓閥24、集氣瓶23。所述的真空裝置包括真空表10，真空泵22。所述的載氣瓶21，分別連接玻璃管路一端、光照反應(yīng)器下部支管9。所述的玻璃管路系統(tǒng)，依次由玻璃管路、閥門(1-8)、冷凝管13、光照反應(yīng)器15連接而成，橫向玻璃管路位于光照反應(yīng)箱20外部，其末端分別連接真空泵22、集氣瓶23，其上裝有閥門共7個(gè)(1-7)，真空表I個(gè)。
[0029]所述的光照反應(yīng)箱20，箱門可打開(kāi)，上部有可視窗，優(yōu)選的，可視窗有防強(qiáng)光玻璃。
[0030]所述的氙燈16、磁力攪拌器17、升降臺(tái)18也位于光照反應(yīng)箱20內(nèi)，氙燈16和磁力攪拌器17放置于升降臺(tái)18上，氙燈16燈頭高度剛好略高于光照反應(yīng)器15，伸入光照反應(yīng)器15上方，與其正對(duì)。所述的氣燈16、磁力攪拌器17各一個(gè)，升降臺(tái)18有大、小兩個(gè)，氙燈16放置于大升降臺(tái)上，磁力攪拌器放置于小升降臺(tái)上，并正對(duì)著置于光照反應(yīng)器15下部。磁力攪拌器17與光照反應(yīng)器15下部距離I至2厘米，以防止光照反應(yīng)器15的掉落及升降臺(tái)18的形變。
[0031]所述的冷凝管13內(nèi)部有細(xì)螺旋玻璃管14，外壁上部有冷凝水入口 11，外壁下部有冷凝水出口 12，冷凝管下端，呈半球殼形，與光照反應(yīng)器15相接。
[0032]冷凝管13與光照反應(yīng)箱20接觸處設(shè)有墊圈19。
[0033]光照反應(yīng)器15靠近底部有相互垂直的支管9，橫向支管上裝有閥門8，可控制光照反應(yīng)器內(nèi)液體流出，以及載氣的通入。光照反應(yīng)器15，由懸掛臂，石英蓋，玻璃杯組成。所述的懸掛臂有兩個(gè)，中空，對(duì)稱，上端呈半球狀，與上部的冷凝管相接。所述的石英蓋，內(nèi)部有順時(shí)針螺紋，所述的玻璃杯，頂部有逆時(shí)針螺紋，二者相接可旋緊，既保證了使用真空系統(tǒng)時(shí)的負(fù)壓，又保證了使用載氣時(shí)的密封性。
[0034]實(shí)施例1
一種可見(jiàn)光響應(yīng)光催化劑的制備方法，步驟如下:將5g三聚氰胺在馬弗爐中，恒溫520°C，煅燒4小時(shí)，得到g-C3N4。研磨后，稱0.5g溶于50mL蒸餾水，加入到光照反應(yīng)器內(nèi)，旋緊石英蓋，加入ImL氯金酸溶液，1、2、8號(hào)閥門關(guān)閉，其余閥門打開(kāi)，將系統(tǒng)抽真空后，打開(kāi)光源，光照反應(yīng)3h，反應(yīng)過(guò)程中持續(xù)抽真空，氙燈的功率300W，工作電壓14V，工作電流14-21A最后，將反應(yīng)后溶液離心，烘箱烘干，研磨，即得真空條件下制備的光催化劑Au/
S-C3N4