申请日2018.01.16
公开(公告)日2018.05.18
IPC分类号B01J23/14; B01J35/10; B01J37/02; B01J37/34; B01J35/02; C02F1/30
摘要
本发明涉及污水处理领域，公开了一种用于污水处理的氧化锡薄膜光催化剂的制备方法。包括如下制备过程：(1)将锡源加入无水乙醇中搅拌溶解，进行液相激光烧蚀，得到纳米氧化锡胶体;(2)将基板浸入纳米氧化锡胶体中，保持2~3min后匀速平稳提拉并加热烘干，制得氧化锡前驱体;(3)将氧化锡前驱体膜进行高温煅烧，自然冷却至室温，即可制得氧化锡薄膜光催化剂。本发明制得的氧化锡薄膜光催化剂与普通光催化剂相比，颗粒比表面积大，氧空位丰富，光催化活性高，制备成膜后，催化剂和光能利用率高，催化反应速率快，对水中污染物的处理效率高，并且制备过程简单，制备成本低，环保性好，具有极好的应用前景。
权利要求书
1.一种用于污水处理的氧化锡薄膜光催化剂的制备方法，制备的具体过程为：
(1)将锡源加入无水乙醇中，搅拌充分溶解，然后高压喷雾，开启纳秒激光器进行液相锡源雾激光烧蚀，使激光作用于液体下的锡源靶材上，激光击穿靶材表面一定深度，产生的强电场使电子迁移出来，通过碰撞和能量传递转变为高温、高压、高密度的等离子体，在等离子体的膨胀过程中，液体形成薄气层并变成气泡，气泡破灭时将等离子体中形成的纳米氧化锡粉体释放到乙醇的水溶液中，得到纳米氧化锡胶体;
(2)先将基板洗净，然后浸入纳米氧化锡胶体中，保持2~3min后，以均匀速度将基板平稳地提拉出来，使胶体在基板表面形成均匀液膜，并加热烘干，再重新浸入胶体中进行重复提拉成膜及加热烘干，最终制得氧化锡前驱体膜;
(3)将氧化锡前驱体膜置于数控恒温电阻炉中，进行高温煅烧，出炉后在空气中自然冷却至室温，即可制得氧化锡薄膜光催化剂。
2.根据权利要求1所述一种用于污水处理的氧化锡薄膜光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述锡源为氯化锡或五水合氯化锡。
3.根据权利要求1所述一种用于污水处理的氧化锡薄膜光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，按重量份计，其中：锡源30~50份、乙醇50~70份。
4.根据权利要求1所述一种用于污水处理的氧化锡薄膜光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述纳秒激光的波长为532nm或1064nm，脉宽为10ns，重复频率为4~8Hz，辐照能量为10~15GW/cm2，光束直径为8~10mm。
5.根据权利要求1所述一种用于污水处理的氧化锡薄膜光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述基板为多孔陶瓷板。
6.根据权利要求1所述一种用于污水处理的氧化锡薄膜光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述提拉速度为8~12cm/min;所述加热烘干的温度为100~105℃;所述重复提拉次数为5~8次。
7.根据权利要求1所述一种用于污水处理的氧化锡薄膜光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述高温煅烧的温度为400~600℃，时间为100~150min。
8.根据权利要求1所述一种用于污水处理的氧化锡薄膜光催化剂的制备方法，其特征在于：的，步骤(3)所述氧化锡薄膜光催化剂的薄膜厚度为0.5~2mm。
说明书
一种用于污水处理的氧化锡薄膜光催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，公开了一种用于污水处理的氧化锡薄膜光催化剂的制备方法。
背景技术
随着世界工业化发展，水污染日益严重。常见的净化技术有氯气、臭氧和紫外线消毒以及过滤、吸附、静置等，但是这些方法对新生的污染物往往不是非常有效，并且可能导致二次污染。由于光催化技术无污染、安全等特点，利用光催化技术处理与降解污染物已经成为了环境领域的研究热点。
光催化氧化技术是一种高级氧化技术，其作用机理是光催化剂在光照的条件下能够产生强氧化性的自由基，该自由基能彻底降解几乎所有的有机物，并最终生成H2O、CO2等无机小分子，加上光催化反应还具有反应条件温和，反应设备简单，二次污染小，操作易于控制，催化材料易得，运行成本低，可望用太阳光为反应光源等优点，因而近年来受到广泛关注。
光催化氧化技术的核心是光催化剂，包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉等多种氧化物硫化物半导体，其中氧化锡作为宽带隙n型半导体材料，尤其是在成膜后具有对可见光透光性好、电阻率低、化学性能稳定以及室温下抗酸碱能力强等优点，在光催化领域应用中前景较好。但上述光催化剂对于含污染物水体在光催化过程中反应速率一般都不是很高，并因本身性质存在一些局限性。因此对用于污水处理的光催化剂的研究主要集中在增大比表面积及提高光催化活性等方面。
中国发明专利申请号201410159111.7公开了一种高可见光催化活性的聚氯乙烯/纳米二氧化锡复合膜的制备方法，属于环境净化光催化剂新材料技术领域。首先采用微波加热法制备出纳米二氧化锡，然后将所得纳米二氧化锡分散于四氢呋喃中形成半透明的悬浮液，之后将该悬浮液以一定比例与含聚氯乙烯的四氢呋喃溶液混合，搅拌均匀后采用旋涂法涂布成膜，待溶剂挥发后经热处理即可得到高可见光催化活性的聚氯乙烯/纳米二氧化锡复合膜。此发明的优点在于原料来源广泛，制备方法简单，所得复合膜在可见光下具有优异的光催化活性及稳定性，且极易从降解液中分离回收，适宜于工业化应用。
中国发明专利申请号201710303201.2公开了一种ZnO/ZnSe异质结纳米带光催化剂薄膜的制备方法，属于半导体光催化剂技术领域。为了解决现有方法，或者需要昂贵的仪器设备、精确的操作方法，或者在实现粉体催化剂固化过程中需要大量的表面活性剂及复杂的操作步骤的问题。本发明方法是将硒粉和硼氢化钾溶入乙二胺溶液中，先通过溶剂热法在锌片合成负载ZnSe，再经过焙烧得到ZnO/ZnSe异质结纳米带复合光催化剂薄膜。本方法具有原料廉价、合成方法简单，操作方便等特点，所得ZnO/ZnSe纳米带薄膜在可见光下具有较好的光催化活性。
根据上述，现有方案中用于污水处理的光催化剂普遍存在比表面积小，光催化活性低，催化剂反应速率和技术处理效率低，催化剂利用率不高，光能利用差，污染物-催化剂相间传质阻力大，导致污水处理效果不理想，鉴于此，本发明提出了一种用于污水处理的氧化锡薄膜光催化剂的制备方法，可有效解决上述技术问题。
发明内容
针对目前光催化剂用于污水处理时,采用颗粒料催化处理效率低，光能利用差，导致污水处理效果不理想等问题，本发明提出一种用于污水处理的氧化锡薄膜光催化剂的制备方法，从而有效提高了催化剂的光催化活性，显著改善了将其制成膜后对污水的处理效率。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于污水处理的氧化锡薄膜光催化剂的制备方法，所述氧化锡薄膜光催化剂的制备过程分为三个阶段：(1)纳米氧化锡胶体的制备;(2)氧化锡前驱体膜的制备;(3)氧化锡薄膜光催化剂的制备;
一种用于污水处理的氧化锡薄膜光催化剂的制备方法，制备的具体过程为：
(1)将锡源加入无水乙醇中，搅拌充分溶解，然后高压喷雾，开启纳秒激光器进行液相锡源雾激光烧蚀，使激光作用于液体下的锡源靶材上，激光击穿靶材表面一定深度，产生的强电场使电子迁移出来，通过碰撞和能量传递转变为高温、高压、高密度的等离子体，在等离子体的膨胀过程中，液体形成薄气层并变成气泡，气泡破灭时将等离子体中形成的纳米氧化锡粉体释放到乙醇的水溶液中，得到纳米氧化锡胶体;
(2)先将基板洗净，然后浸入纳米氧化锡胶体中，保持2~3min后，以均匀速度将基板平稳地提拉出来，使胶体在基板表面形成均匀液膜，并加热烘干，再重新浸入胶体中进行重复提拉成膜及加热烘干，最终制得氧化锡前驱体膜;
(3)将氧化锡前驱体膜置于数控恒温电阻炉中，进行高温煅烧，出炉后在空气中自然冷却至室温，即可制得氧化锡薄膜光催化剂。
优选的，步骤(1)所述锡源为氯化锡或五水合氯化锡。
优选的，步骤(1)中，按重量份计，其中：锡源30~50份、乙醇50~70份。
优选的，步骤(1)所述纳秒激光的波长为532nm或1064nm，脉宽为10ns，重复频率为4~8Hz，辐照能量为10~15GW/cm2，光束直径为8~10mm。
优选的，步骤(2)所述基板为多孔陶瓷板。
优选的，步骤(2)所述提拉速度为8~12cm/min，提拉时应对提拉速度进行精确控制，以保证恒速提拉。
优选的，步骤(2)所述加热烘干的温度为100~105℃。
优选的，步骤(2)所述重复提拉次数为5~8次。
优选的，步骤(3)所述高温煅烧的温度为400~600℃，时间为100~150min。
优选的，步骤(3)所述氧化锡薄膜光催化剂的薄膜厚度为0.5~2mm。
本发明利用激光烧蚀锡源靶材得到的氧化锡纳米颗粒具有的高比表面积以及丰富的氧空位，提高了其光催化活性，并且将其制成膜后，使其对水中污染物的处理效率有了显著的提高。